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OPERAÇÕES UNITÁRIAS II

prof. João Vicente - 2014.1

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1. Classificações das operações unitárias1,2

1.1. Introdução

• As Operações Unitárias consiste nas várias

operações que envolvem mudanças físicas no

material, independente do material que está sendo

processado.

• As Operações Unitárias podem ser classificadas de

acordo com critérios variados. Sejam dois critérios:

de acordo com a sua finalidade dentro do processo

produtivo;

de acordo com o tipo de operação envolvida.

1. BRASIL, Nilo Índio do. Introdução à engenharia química. 2. ed. Rio de Janeiro: Interciência:

PETROBRAS, 2004. 369 p.

2. CAIRES, Fábio Calheiros. Operações unitárias: apostila 2º módulo. Jundiaí: 2009.

Operações Unitárias II – prof. João Vicente 2014.1

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• Operações preliminares: Normalmente, são

utilizadas antes de qualquer operação. Suas

funções estão associadas à preparação do

produto para posterior melhoria das condições

sanitárias da matéria-prima para seu

processamento.

Exemplos: limpeza

seleção

classificação

eliminação, etc.;


1.2. Classificação de acordo com a sua finalidade

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• Operações de conservação:

Exemplos: pasteurizaçãoa

esterilizaçãoa

branqueamento

congelamento

refrigeração

evaporação

secagem, etc.;

• Operações de transformação:

Exemplos: moagem

mistura

extrusão

desemulsificação, etc.;


a. A pasteurização tem como objetivo principal a

destruição de microorganismos patogênicos,

aplicação de calor, aumentando a vida de

prateleira do alimento, enquanto a

esterilização é executada a maiores

temperaturas ou a UHT – ultra high

temperature, que inativa todos os

microorganismos patogênicos e deterioradores

que possam crescer sob condições normais

de estocagem, (POTTER & HOTCHKISS,

1995).

3. POTTER, N. N.; HOTCHIKISS, J. H. Food Science. 5. ed. New York: Chapman & Hall, 1995. 608 p.

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• Operações de separação4:

Exemplos: filtração

cristalização

sedimentação

centrifugação

prensagem

destilação

absorção

dessorção (stripping)

adsorção

umidificação

desumidificação

precipitação eletrostáticab, etc.

b. Processo de separação física de sólido em gases, (RIEHLE,1997).

4. RIEHLE C. Basic and theorical operation of ESPs. In: PARKER K.R. ed. Applied Electrostatic Precipitation, Cap.3,

Blackie Academic & Professional, New York, NY. p.25-88, 1997,


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1.3. Classificação de acordo com o tipo de operação envolvida

• Operações mecânicas;

• Operações envolvendo transferência de calor e;

• Operações envolvendo transferência de massa.


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1.3.1. Operações mecânicas5

• De um modo geral, são as operações que constituem o

tratamento, a agitação e mistura, a separação, a

classificação e o transporte envolvendo os sólidos e/ou

fluidos.

Sistema sólido-sólido

• Misturação entre sólidos: Existem diversos mecanismos

básicos mediante os quais se misturam as partículas

sólidas.

Equipamentos: o tambor rotativo e o moinho.

5. PERRY, R. H. CHILTON. Manual de engenharia química. 5. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Dois, 1980.


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• Peneiração: É a separação de uma mistura de grãos de

diversos tamanhos em duas ou mais parcelas, mediante

uma superfície peneirante, que age como um calibre que

deixa ou não os grãos passarem.

Equipamento: peneira.

• Classificação: A operação de classificação é definida

como o meio de separar partículas sólidas de uma

mistura de sólidos em frações de acordo com a

dimensão da partícula ou a densidade, mediante

procedimentos diferentes da peneiração.

Equipamentos: classificador (mecânico e não-mecânico,

hidráulico – separação em jigsc).

c. O jig é um dispositivo mecânico usado para separar materiais de densidades diferentes, por meio

da pulsação de uma corrente de líquido que escoa pelo leito dos materiais, (PERRY, 1980)


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• Separação magnética: Consiste na operação de

separar um sólido de outro (ex. ferro e areia), mediante a

um campo magnético (Figura 01).

Equipamento: separador magnético permanente.

Figura 01: Separador magnético permanente

Fonte: http://longi-magnetic.com.br/2-magnetic.html#


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• Separação eletrostática: O princípio da separação

eletrostática ocorre quando um ou mais de um material

em uma mistura granular recebe uma carga superficial

submetido a um campo elétrico - os grãos do material

são atraídos por um dos eletrodos e repelidos pelo outro,

de acordo com a carga elétrica correspondente.


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Sistema sólido-fluido

• Classificação6: O tipo mais simples de classificador

envolvendo o sistema sólido-fluido, é representado na

Figura 02. Esta classificação tem como base a separação

de um conjunto de partículas sólidas em diversas frações,

com base nas velocidades terminaisd.

Entrada do fluido partículas

com dimensões variadas

PARTÍCULAS

GROSSAS

PARTÍCULAS

FINAS

Figura 02: Tanque de sedimentação gravitacional

d. A velocidade terminal de um objeto caindo em direção à Terra, não estando no vácuo, é a velocidade na

qual a força gravitacional que o empurra para baixo é igual e oposta à resistência do ar, que o empurra

para cima. A velocidade terminal é constante, já que é nula a soma das duas forças que atuam sobre o

objeto. Disponível em: < http://pt.wikipedia.org/wiki/Velocidade_terminal>.

6. Operações Unitárias (apostila). 2. ed. Rio de Janeiro: PETROBRAS, 2005.


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• Elutriação5: A elutriação é um processo utilizado para

separar partículas finas, de tamanho inferior ao que pode

ser separado por peneiras, em vários tamanhos

graduados. O meio empregado para a separação pode

ser um líquido ou um gás.

• Coagulação6: Coagulação é uma operação unitária

responsável por transformar as impurezas da água que se

encontram em suspensão fina em estado coloidal,

preparando-as para a sua remoção nas etapas

subsequentes do processo de tratamento.

• Floculação6: A floculação é um processo físico no qual as

partículas coloidais são colocadas em contato umas com

as outras, de modo a permitir o aumento do seu tamanho

físico, alterando, desta forma, a sua distribuição.


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• Flotação6: Objetiva a remoção de partículas em

suspensão e/ou flutuantes (fase dispersa) de um meio

líquido (fase contínua) para o caso em que a densidade

da fase dispersa é menor que a da fase contínua.

A flotação juntamente com os hidrociclones são os

processos de separação óleo/água atualmente mais

utilizados, no tratamento de água no processamento

primário na indústria do petróleo.


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• Filtração6: Objetiva separar partículas sólidas do fluido

que as carrega.

Em todos os casos, o fluido contendo o material a ser

separado, chamado de suspensão, é forçado a ser

atravessado por um meio poroso, o qual retém os sólidos.

Este meio poroso é chamado de meio filtrante, e sobre ele

se acumula o sólido filtrado.

Equipamentos: filtro; filtros de mangas (tem por finalidade

separar as partículas existentes no fluxo de gases

industriais).


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• Centrifugação6: Consiste na separação de sólidos

particulados mediante a aplicação de uma força

centrífuga sobre o sistema fluido-partícula.

Entre os equipamentos de separação do tipo centrífugo

utilizados para separar sistemas gás-sólido, o mais

comumente utilizado é o ciclone (separador centrífugo),

comumente utilizado em refinarias de petróleo

especialmente em conjunto com reatores de

craqueamento catalítico.

Como foi estudado, os hidrociclones (deoilings) são

equipamentos usados para a separação líquido-líquido,

desenvolvidos especificamente, para a separação óleo-

água.


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Figura 03: Sedimentação em provetas

Fonte: http://aquaflot.blogspot.com.br/2008/02/visita-apdr-aceras-paz-del-ro-colombia.html

• Decantação ou Sedimentação5:

Consiste na separação de uma

suspensão diluída (mistura

homogênea) pela sedimentação

gravitacional, até se ter um fluido

límpido e uma lama com maior

teor de sólidos, Figura 03.

Tal operação fundamentada na

diferença de massa específica

pode ser efetuada em

equipamentos denominados

decantadores ou sedimentadores.


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Sistemas fluidos

• Bombeamento1: Estudado na disciplina Mecânica dos

Fluidos, o bombeamento objetiva transportar reagentes

e produtos para diferentes pontos em toda planta

industrial. Na maioria dos casos, os materiais são fluidos

e, consequentemente, é imprescindível operar bombas

(ou compressores) para movimentá-los.

• Operação de agitação e mistura1: São operações

triviais com a finalidade de homogeneizar a composição

da mistura formada por diferentes componentes. É

aplicada, por exemplo, em uma instalação de

processamento primário de fluidos, para posterior

decantação.

• Equipamento: vaso separador.


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1.3.2. Operações de Transferência de Calor6

• Aquecimento e resfriamento de fluidos –

trocadores de calor;

• Cristalizaçãoe;

• Secageme;

• Destilaçãoe;

• Evaporaçãoe.


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• Absorção e dessorção (esgotamento ou

stripping) de gás;

• Adsorção;

• Extração líquido-líquido;

• Extração sólido-líquido;

• Destilaçãod;

• Evaporaçãod;

• Separação por membranas.

1.3.3. Operações de Transferência de Massa7

e. A grande diferença entre a evaporação (incluindo a secagem e a cristalização) e a destilação é que a

primeira ocorre a transferência mútua de massa e calor entre as fases, (FOUST et al, 1982)

7. FOUST, Alan S.; WENZEL, Leonard A.; CLUMP, Curtis W.; MAUS, Louis; ANDERSEN, L. Bryce;

Princípios das operações unitárias. 2. ed. Rio de Janeiro: LTC, 1982.


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Ex 1: (PETROBRAS - Técnico de Operação Júnior 2012) Nas indústrias

química e de petróleo, as operações unitárias são de vital

importância, atuando de modo a fazer com que se possam

obter os produtos desejados, usando a transferência de

calor e/ou massa. Dentre as operações unitárias

relacionadas, qual é baseada na transferência mútua de

calor e massa?

(A) Evaporação

(B) Destilação

(C) Absorção

(D) Extração

(E) Condensador


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