IFSP – INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SÃO PAULO - CAMPUS CUBATÃO CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL DISCIPLINA: TECNOLOGIA DE MATERIAIS PROFESSORA: ANA PAULA

INTRODUÇÃO A PROCESSOS INDUSTRIAIS 2

SEMANA DATA CONTEÚDO

1 10/02 Introdução

2 17/02 Moagem, Mistura e Filtração

3 03/03 Evaporação / Secagem

4 10/03 Cristalização

5 17/03 Absorção

6 24/03 Adsorção

7 31/03 Destilação

8 07/04 Tratamento de água e proteção do ambiente

9 14/04 1ª Avaliação – P 1

10 28/04 Produção de fertilizantes

11 05/05 Produção de polímeros

12 12/05 Produção de combustíveis

13 19/05 Indústria siderúrgica

14 26/05 Produção de cimento

15 02/06 Indústria cerâmica

16 09/06 Indústria do vidro

17 16/06 2ª Avaliação – P 2

18 23/06 Revisão

19 30/06 3ª Avaliação – P 3

IFSP – INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SÃO PAULO - CAMPUS CUBATÃO CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL DISCIPLINA: TECNOLOGIA DE MATERIAIS PROFESSORA: ANA PAULA

INTRODUÇÃO A OPERAÇÕES UNITÁRIAS

Os processos químicos podem ser constituídos por uma seqüência de etapas muito diferentes, que têm princípios fundamentais independentes da substância que está sendo operada e de outras características do sistema. No projeto de um processo, cada etapa a ser usada pode ser investigada individualmente. Algumas etapas são reações químicas, enquanto outras são modificações físicas. A versatilidade do responsável pelo processo deve-se ao treinamento em decompor praticamente um processo complicado em etapas físicas individuais, denominadas operações unitárias, e em reações químicas. O conceito de operações unitárias está baseado na filosofia de que uma seqüência amplamente variável de etapas pode ser reduzida a operações simples, ou a reações, que são idênticas, independentemente do material que está sendo processado. Este princípio foi apresentado por A. D. Little, em 1915 : “ Qualquer processo químico, qualquer que seja a sua escala, pode ser decomposto numa série coordenada do que se podem denominar “ações unitárias”, como moagem, mistura, aquecimento, ustulação, absorção, condensação, lixiviação, precipitação, cristalização, filtração, dissolução, eletrólise, etc. O número destas operações unitárias básicas não é muito grande e relativamente poucas delas estão presentes num processo particular qualquer. A complexidade dos processos de engenharia química provém da diversidade de condições, como a temperatura, a pressão, etc., sob as quais as ações unitárias devem ser realizadas nos diversos processos, e das limitações dos materiais de construção e do projeto dos equipamentos, impostas pelo caráter físico e químico das substâncias reagentes.” A lista original das operações unitárias, mencionadas acima, contém uma dúzia de ações, nem todas das quais consideradas operações unitárias. Desde aquela época foram acrescentadas outras a uma taxa anual modesta, que aumentou nos anos mais recentes. Há muito tempo são reconhecidos como operações unitárias o transporte de fluidos, a transferência de calor, a destilação, a umidificação, a absorção de gases, a sedimentação, a classificação, a agitação e a centrifugação. Nos anos mais recentes, com o aumento da compreensão das novas técnicas – e a adaptação de técnicas antigas, mas raramente usadas – aumentou continuamente o número de separações, de operações de processamento ou de etapas na manufatura que podem ser usadas sem alteração significativa em processos que cobrem ampla diversidade. Integração das Operações Unitárias Os estudos iniciais das operações unitárias como etapas independentes constituíram parte importante dos fundamentos sobre os quais se desenvolveu o crescimento fenomenal da indústria química. A apresentação tradicional das operações unitárias tem sido na forma de um pacote, reunindo-se num mesmo conjunto a informação teórica e as informações práticas pertinentes a cada operação. Análise das Operações Unitárias As operações unitárias podem ser analisadas e agrupadas mediante a adoção de qualquer entre três métodos. Por meio de um modelo físico simples que reproduz a ação da operação; ou pela consideração do equipamento usado na operação, ou, ainda, por investigação mediante uma expressão matemática inicial que descreve a ação e é verificada contra os dados experimentais do processo. Faremos as análises de muitas dessas operações de maneira didática, tentando levar ao estudante uma compreensão do que acontece num processo industrial. Os cálculos necessários para o dimensionamento dos equipamentos que realizam as operações que serão descritas devem ser objeto de estudo dos profissionais de engenharia química, que aliados aos engenheiros mecânicos conseguem otimizar os equipamentos de processos. A partir de agora estudaremos algumas operações unitárias presentes em vários processos industriais. Esse capítulo só deverá ser encerrado na disciplina Introdução a Processos Industriais 2, no próximo semestre.

IFSP – INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SÃO PAULO - CAMPUS CUBATÃO CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL DISCIPLINA: TECNOLOGIA DE MATERIAIS PROFESSORA: ANA PAULA

OPERAÇÕES UNITÁRIAS

1 – Moagem – Redução de Tamanho de Sólidos Na indústria química, a redução de tamanho é realizada com o objetivo de aumentar a superfície de contato, pois, na maior parte das reações que envolvem partículas sólidas, a velocidade é diretamente proporcional à área de contato com uma segunda fase. Assim, a velocidade de combustão de partículas sólidas é proporcional à área apresentada ao gás, embora existam outros fatores que também afetam a reação. Na lixiviação, não só aumenta a velocidade de extração devido a maior área de contato entre o solvente e o sólido, como, além disso, diminui a distância que o solvente tem a penetrar no interior das partículas, a fim de ter acesso às bolsas mais remotas do soluto. Este fator também é importante na secagem de sólidos porosos, em que a redução de tamanho provoca um aumento de área e também uma diminuição da distância que a umidade tem de percorrer no interior das partículas, a fim de atingir a superfície. Mecanismos de Redução de Tamanho O mecanismo do processo de redução de tamanho é extremamente complexo. Se um bloco único de material for sujeito a um impacto brusco, geralmente partir-se-á, dando lugar a partículas relativamente grandes e a um certo número de partículas pequenas, sendo pequena a quantidade de partículas de tamanho intermediário. Se a energia da pancada aumentar, as partículas maiores serão de tamanho menor que o anterior e mais numerosas e, apesar de aumentar a quantidade de partículas finas, seu tamanho não será alterado. Assim, descobre-se que o tamanho das partículas finas está intimamente ligado à estrutura interna do material e o tamanho das partículas maiores está relacionado com o processo pelo qual se efetua a redução de tamanho. A energia necessária para efetuar a redução de tamanho do material está relacionada com a estrutura interna do material e o processo, ou seja, primeiro ocorre a abertura por quaisquer pequenas fissuras presentes e, segundo, a formação de nova superfície. Natureza do Material a Triturar A escolha da máquina para uma dada operação de trituração será afetada pela natureza do produto que se pretende e pela quantidade e dimensão do material a tratar. As propriedades mais importantes do material a ser moído, sem falar na dimensão, são:

a) Dureza – A dureza do material afeta o consumo de energia e o desgaste da máquina. Com materiais duros e abrasivos é necessário usar uma máquina de baixa velocidade e proteger os apoios das poeiras abrasivas que são produzidas.

b) Estrutura – Os materiais granulares normais, como carvão, minérios e rochas podem triturar-se eficientemente com o emprego das forças normais de compressão, impacto, etc. Para materiais fibrosos é necessário efetuar uma ação de rompimento.

c) Conteúdo de umidade – Verifica-se que os materiais não correm bem se contiverem entre 5 e 50% de umidade; nestas condições, os materiais tendem a aglutinar-se formando bolas. A moagem pode realizar-se satisfatoriamente, em geral, fora destes limites.

d) Resistência ao esmagamento – A potência necessária para o esmagamento é quase diretamente proporcional à resistência do material ao esmagamento.

e) Friabilidade – A friabilidade do material é a sua tendência a fraturar-se durante o manuseamento normal. Em geral, um material cristalino quebrará ao longo de planos bem definidos e a potência necessária para o esmagamento aumentará à medida que o tamanho da partícula diminui.

f) Empastamento – Um material que facilmente empasta tenderá a entupir o equipamento de moagem e, por isso, deverá ser moído numa instalação que possa ser rapidamente limpa.

g) Tendência para escorregamento – Esta característica é, em geral, um reflexo do valor do coeficiente de atrito da superfície do material. Se o coeficiente de atrito for baixo, o esmagamento pode ser mais difícil.

h) Materiais explosivos – Devem ser moídos em úmido ou na presença de uma atmosfera inerte.

IFSP – INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SÃO PAULO - CAMPUS CUBATÃO CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL DISCIPLINA: TECNOLOGIA DE MATERIAIS PROFESSORA: ANA PAULA

i) Materiais que produzem poeiras que são prejudiciais à saúde – Devem ser moídos sob condições em que não se deixe escapar a poeira.

Tipos de Equipamento de Moagem Os moinhos mais importantes, grosseiros, intermediários e finos são os seguintes: Trituradores grosseiros Moinhos intermediários Moinhos finos Britador de mandíbulas Blake Rolos triturantes Moinho Buhrstone

Britador de mandíbulas Dodge Britador de discos Moinho de rolos

Britador giratório Moinho com mó de eixo horizontal Moinho Raymond

Britador Samson Moinho cônico Moinho Griffin

Bateria de pilões Moinho de bolas centrífugo

Moinho de martelos Moinho de rolos rotativos em anel

Britador de rolo único Moinho de bolas

Moinho de espigões Moinho de tubos

Moinho com mó de eixo vertical Moinho Hardinge

Desintegrador em gaiola de esquilo

Os britadores grosseiros mais utilizados são os de mandíbula (maxilas) e são encontrados, principalmente, próximo às jazidas de produção mineral. Os britadores intermediários mais utilizados são os moinhos de martelos que são moinhos de impacto que empregam um disco que gira em alta velocidade, ao qual estão fixas várias barras de martelos. O material é introduzido no topo ou no centro e projetado para fora pela força centrífuga, sendo esmagado por pancadas entre as barras de martelos ou contra placas de fratura montadas ao redor da periferia da caixa cilíndrica. O material sofre pancadas até ficar suficientemente pequeno para cair através da peneira que forma a parte inferior da caixa. Para moagem fina o equipamento mais utilizado é o moinho de bolas. Moinho de Bolas

O moinho de bolas consiste num cilindro oco em rotação, parcialmente preenchido com bolas, com seu eixo fazendo um pequeno ângulo com a horizontal. A superfície interior do cilindro é normalmente revestida com um material resistente à abrasão. O moinho de bolas usa-se para a moagem de uma larga gama de materiais, entre os quais carvão, pigmentos e feldspato para cerâmica e recebe alimentação até o tamanho de cerca de 2 polegadas. Alguns fatores influenciam no desempenho do moinho de bolas:

• velocidade da alimentação; • propriedades do material alimentado; • peso e diâmetro das bolas; • inclinação do moinho; • velocidade de rotação.

Vantagens do uso do moinho de bolas: • pode ser usado a seco ou úmido; • custos baixos de instalação e de energia; • possibilidade de atmosfera inerte para moagem de explosivos; • o material de moagem não é caro • o processo pode ser contínuo ou descontínuo.

IFSP – INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SÃO PAULO - CAMPUS CUBATÃO CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL DISCIPLINA: TECNOLOGIA DE MATERIAIS PROFESSORA: ANA PAULA

Classificação de Partículas Sólidas Se for necessário separar diversas frações granulométricas de um material pode-se utilizar o método de peneiramento, pois este depende basicamente da dimensão das partículas e de sua tendência para aglomerar. Geralmente as partículas grandes separam-se em frações granulométricas por meio de peneiras e as partículas pequenas que fechariam as aberturas finas separam-se num fluido. A separação com um fluido usa-se correntemente para separar uma mistura de dois materiais, mas usam-se também métodos magnéticos, elétricos e de flutuação com espuma, quando apropriados. 2 – Mistura e Agitação O problema de misturar duas ou mais substâncias revelou-se um dos problemas entre todas as operações unitárias. A mistura efetua-se normalmente por uma das seguintes razões:

• para promover contato íntimo entre as substâncias e, conseqüentemente, para proporcionar um melhor controle duma reação química.

• Para preparar materiais com novas propriedades necessariamente presentes nos ingredientes. Por exemplo, a pólvora é uma mistura de carvão, enxofre e nitrato de potássio; contudo, tem propriedades completamente diferentes.

O equipamento de mistura pode ser projetado para funcionamento em regime contínuo ou

descontínuo. Enquanto os gases e os líquidos finos ou suspensões podem ser trabalhados em misturadores contínuos, os materiais muito viscosos ou plásticos têm normalmente de ser tratados num sistema descontínuo. Os misturadores contínuos são representados por simples jatos para gases, pelas bombas centrífugas para líquidos e pelos transportadores de correia, que são usados como misturadores simples para sólidos. 3 – Filtração É a operação pela qual se separa um sólido de um líquido ou gás, mediante um meio poroso que retém o sólido, mas deixa passar o fluido. As condições em que se efetua a filtração variam muito e a escolha do tipo de equipamento mais apropriado dependerá de um grande número de fatores:

• As propriedades do fluido, em particular sua viscosidade, massa específica e propriedades corrosivas.

• A natureza do sólido – a dimensão e forma das suas partículas, a distribuição granulométrica e as características de empilhamento.

• A concentração de sólidos em suspensão. • A quantidade de material a movimentar e o seu valor. • O fato de o material mais nobre (maior valor agregado) ser o sólido, o fluido ou ambos. • O fato de ser ou não necessário lavar os sólidos filtrados. • O fato de ser ou não prejudicial ao produto uma contaminação muito leve causada pelo contato da

suspensão ou do filtrado com vários componentes do equipamento. O Meio Filtrante A função do meio filtrante é atuar como suporte para o bolo de filtração, ao passo que as camadas iniciais de bolo constituem o verdadeiro filtro. O meio filtrante deve ser mecanicamente forte, resistente à ação corrosiva do fluido e deve oferecer uma resistência tão pequena quanto possível ao fluxo do filtrado. Usa-se, por isso, muitas vezes, material relativamente grosseiro e não se obtém um filtrado límpido enquanto não se formam as camadas iniciais de bolo (o filtrado turvo, inicial, deve ser recirculado). Os meios filtrantes mais importantes:

• Materiais tecidos, como: lã, algodão, linho, seda, plásticos, fibras, metal. • Chapas perfuradas de metal. • Materiais granulares, como: brita, areia, carvão. • Sólidos porosos. • Materiais de fibras entrecruzadas, sendo mais largamente usado o papel poroso.

IFSP – INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SÃO PAULO - CAMPUS CUBATÃO CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL DISCIPLINA: TECNOLOGIA DE MATERIAIS PROFESSORA: ANA PAULA

Equipamento de Filtração O filtro mais apropriado para qualquer operação determinada é aquele que preencher os requisitos com o mínimo custo. 1 – Filtros de meio filtrante granulado.

São os filtros industriais mais simples, constituídos por uma ou mais camadas de sólidos particulados, suportados por um leito de cascalho sobre uma grade, através do qual o material a ser filtrado flui por gravidade ou por pressão. Em alguns desses filtros usam-se dois leitos. Esses filtros são usados primordialmente quando se tratam de grandes volumes de suspensão muito diluída, nas quais nem o sólido nem o líquido têm valor unitário elevado, e quando o produto sólido não deve ser recuperado. Os meios filtrantes duplos permitem operação mais prolongada no ciclo de filtração, antes de ser necessária a lavagem em corrente reversa. Chega-se a um ponto, porém, em que a vazão cai, ou em que a queda de pressão se torna excessiva, então, a filtração cessa e o leito tem que ser limpo, mediante uma lavagem com corrente invertida de água, seguida possivelmente por uma lavagem com ar. 2 – Filtros de mangas ou de sacos. São utilizados para separar sistemas gás-sólidos. Este filtro é constituído por grandes sacos de feltro, ou de outro tecido, suspensos transversalmente no canal de escoamento do gás. É possível ter centenas desses sacos em paralelo. O gás ao passar através dos sacos, deposita, no seu interior, os sólidos arrastados. Os sacos são periodicamente limpos, mediante a agitação da armação a que estão suspensos. 3 – Filtro-prensa. É o dispositivo de filtragem mais comum na indústria química. Embora esteja sendo substituído, nas grandes instalações, por dispositivos de filtragem contínua, tem as vantagens de baixo custo, extrema flexibilidade de operação e custo de manutenção pequeno. Por outro lado, a necessidade de desmontagem manual periódica constitui um gasto de mão de obra. O filtro-prensa é projetado para realizar diversas funções, cuja seqüência é controlada manualmente. Durante a filtração o filtro-prensa:

• Permite a injeção da suspensão a filtrar até as superfícies filtrantes, por intermédio de canais apropriados;

• Permite a passagem forçada da suspensão através das superfícies filtrantes; • Permite que o filtrado que passou pelas superfícies filtrantes seja expelido através de canais

apropriados; e • Retém os sólidos que estavam inicialmente na suspensão.

O modelo mais comum de filtro-prensa consiste em placas e quadros que se alternam numa armação e que são comprimidos fortemente, uns contra os outros. O meio filtrante pode ser uma lona ou um tecido sintético ou papel de filtro ou tela metálica, e é suspenso sobre as placas cobrindo as duas faces. 4 – Filtros contínuos.

Os processos modernos, de elevada capacidade, tornaram obrigatório o desenvolvimento de filtros contínuos, dos quais se usam comumente diversos modelos. Nestes filtros, a suspensão é injetada continuamente, e o bolo e o filtrado são produzidos, também, continuamente. São exemplos desses filtros:

• Filtro rotatório horizontal, especialmente adaptado à filtração de sólidos cristalinos com drenagem rápida;

• Filtro a vácuo e disco rotatório. Este filtro permite uma taxa de filtração especialmente elevada; • Filtro a vácuo com tambor rotatório.

IFSP – INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SÃO PAULO - CAMPUS CUBATÃO CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL DISCIPLINA: TECNOLOGIA DE MATERIAIS PROFESSORA: ANA PAULA

5 – Filtração por centrifugação. A operação de filtração pode ser efetuada usando-se a força centrífuga em lugar da força gerada pela pressão. Os filtros que operam com força centrífuga são usados, geralmente, para a separação de sólidos granulados grosseiros ou de sólidos cristalinos, e podem operar descontínua ou continuamente.

IFSP – INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SÃO PAULO - CAMPUS CUBATÃO CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL DISCIPLINA: TECNOLOGIA DE MATERIAIS PROFESSORA: ANA PAULA

BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA

1 – Indústria de Processos Químicos R. Norris Shreve e Joseph A. Brink Jr

Ed. Guanabara Dois S.A.

2 – Tecnologia Química – Vol II – Operações Unitárias J. M. Coulson e J. F. Richardson

Fundação Calouste Gulbenkian 3– Princípios dos Processos Químicos . Olaf A. Houghen, Kenneth M. Watson e Roland A. Ragatz. Livraria Lopes da Silva Editora - Porto.

4 – Princípios das Operações Unitárias.

Alan Foust, Leonard Wenzel, Curtis Clump, Louis Maus e L. Bryce Andersen. Ed. Guanabara Dois S.A.

IFSP – INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SÃO PAULO - CAMPUS CUBATÃO CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL DISCIPLINA: TECNOLOGIA DE MATERIAIS PROFESSORA: ANA PAULA

EVAPORAÇÃO A evaporação é um dos principais métodos usados na indústria química para a concentração de soluções aquosas. O significado usual do termo é o de remoção de água duma solução mediante a ebulição do licor num recipiente apropriado, o evaporador, e a remoção do vapor. Se a solução contiver sólidos dissolvidos, o licor resultante pode ficar saturado, pelo que se depositam cristais. Os diversos licores a evaporar podem ser classificados dos seguintes modos:

a) aqueles que podem ser aquecidos até temperaturas elevadas sem decomposição e os que apenas podem ser aquecidos até uma temperatura baixa (55ºC).

b) conforme dão ou não formação de sólidos ao serem concentrados; aqui, a dimensão e a forma dos cristais pode ser importante.

c) Aqueles que, a qualquer pressão dada, fervem aproximadamente à mesma temperatura que a água, e aqueles que têm um ponto de ebulição muito mais elevado. Realiza-se a evaporação fornecendo calor à solução para vaporizar o solvente. O

calor é fornecido em grande parte para proporcionar o calor latente de vaporização e, mediante adoção de métodos para recuperação do calor do vapor, consegui-se realizar grande economia na utilização do calor. Se bem que o meio de aquecimento normal seja geralmente o vapor de água a baixa pressão, para fins especiais podem adotar-se o “dowtherm” ou gases de escape.

O tipo de equipamento usado depende, em grande parte, do método de fornecer o calor ao licor e do método de agitação. O aquecimento pode ser direto ou indireto. O aquecimento direto corresponde à evaporação solar ou à combustão submersa dum combustível. No aquecimento indireto, o calor fornecido geralmente pela condensação de vapor de água, passa através da superfície de aquecimento do evaporador. Tipos de Evaporadores:

• Evaporadores com aquecimento direto; • Evaporadores aquecidos a vapor de água; • Evaporadores de camada fina; • Evaporadores de equilíbrio (“flash”); • Evaporadores de materiais especiais.

Encontre, na literatura recomendada, uma explicação simples para cada tipo de evaporador citado acima.

IFSP – INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SÃO PAULO - CAMPUS CUBATÃO CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL DISCIPLINA: TECNOLOGIA DE MATERIAIS PROFESSORA: ANA PAULA

CRISTALIZAÇÃO

Em muitos casos, o produto comercializável de uma usina deve estar na forma de partículas sólidas. Quando o processo de fabricação leva a uma solução, o sólido pode ser obtido, da forma mais conveniente, pela concentração da solução até a saturação e pela formação de cristais da solução. A produção de cristais varia de métodos muito simples, como o de se deixar arrefecer tabuleiros contendo soluções concentradas quentes, até os mais complexos, como os processos de cristalização contínuos, cuidadosamente controlados em várias etapas e que visam à obtenção de um produto com partículas de dimensões, de formas, de teor de umidade e de pureza muito uniformes. As exigências do mercado quanto à qualidade dos produtos forçou o abandono dos cristalizadores mais simples, pois os produtos modernos cristalinos devem satisfazer a especificações muito rígidas quanto às qualidades mencionadas acima, além de outras como a coloração, o aroma e as características de torteamento. Um cristal é uma configuração muito organizada de átomos, ou de moléculas ou de íons dispostos em redes espaciais tridimensionais (conceito de Materiais!!). Quando um cristal cresce mesmo num ambiente sem obstáculos, é comum a existência de potenciais não homogêneos que provocam o crescimento mais rápido numa dimensão do que em outra, o que causa elongações e distorções. Nos processos industriais de cristalização, o crescimento dos cristais sem as referidas distorções é raro. Normalmente os cristais se aglomeram, as impurezas são ocluídas nas superfícies de crescimento, a nucleação ocorre não só na solução mas também sobre as superfícies cristalinas, e os cristais são fragmentados pelas bombas e pela agitação. O resultado disto é que esses fatores contribuem para a formação do hábito do cristal. Este hábito tem grande importância para os operadores da cristalização, pois afeta a pureza do produto, sua aparência, a tendência de formar torrões ou a pulverizar-se e, por tudo isto, influencia a aceitação dos consumidores. O hábito da cristalização é fortemente afetado pelo grau de supersaturação, pela intensidade da agitação, pela densidade de população e pelas dimensões dos cristais nas vizinhanças, e pela pureza da solução. Então, a escolha e o projeto detalhado do cristalizador são importantes não apenas pela economia e operabilidade, mas também pela influência sobre o hábito cristalino, sobre a distribuição de dimensões do cristal e, afinal de contas, sobre a colocação mercantil do produto. Equipamentos de Cristalização

Os cristalizadores podem ser classificados convenientemente em termos do método usado para se obter o depósito das partículas. Os grupos são:

• cristalizadores que conseguem a precipitação mediante o resfriamento de uma solução concentrada e quente;

• cristalizadores que conseguem a precipitação mediante a evaporação de uma solução;

• cristalizadores que conseguem a precipitação pela evaporação adiabática e pelo resfriamento.

No primeiro grupo estão os resfriadores de tabuleiro, os cristalizadores descontínuos com agitação e o cristalizador contínuo Swenson-Walker.

IFSP – INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SÃO PAULO - CAMPUS CUBATÃO CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL DISCIPLINA: TECNOLOGIA DE MATERIAIS PROFESSORA: ANA PAULA

No segundo grupo estão os evaporadores no qual a cristalização e também a evaporação ocorrem simultaneamente; são os evaporadores-cristalizadores, os cristalizadores com tubos de tiragem e os cristalizadores Oslo. No terceiro grupo estão os cristalizadores a vácuo. Os cristalizadores que operam por resfriamento são melhores quando a curva de solubilidade contra temperatura é bem abrupta, de modo que um resfriamento modesto provoca uma grande modificação da solubilidade e, daí, uma grande quantidade de cristais. Com as curvas que têm inclinações intermediárias, a cristalização adiabática é a recomendada; nos casos típicos, cerca de 5 a 10% do solvente é vaporizado, produzindo-se maior rendimento do que o obtido apenas com resfriamento. Nos sistemas onde as modificações das solubilidades com a temperatura são pequenas, a cristalização tem que ser obtida pela evaporação predominante do solvente, como é o caso nos evaporadores-cristalizadores. Encontre, na literatura recomendada, uma explicação simples para cada tipo de cristalizador citado anteriormente.

IFSP – INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SÃO PAULO - CAMPUS CUBATÃO CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL DISCIPLINA: TECNOLOGIA DE MATERIAIS PROFESSORA: ANA PAULA

SECAGEM A secagem, na concepção que vamos abordar, aplica-se à transferência de um

líquido que está num sólido molhado para uma fase gasosa não saturada.

A secagem de materiais é, muitas vezes, a última operação num processo de fabricação e se efetua

imediatamente antes da embalagem ou despacho. Por secagem, queremos normalmente designar a remoção final de

água e a operação segue-se freqüentemente à evaporação, filtração ou cristalização. Nalguns casos, a secagem é uma

parte essencial do processo, como, por exemplo, na fabricação de papel ou no acabamento de madeira, mas na

maioria das indústrias transformadoras, a secagem é realizada por uma ou várias das seguintes razões:

• para reduzir o custo de transporte; • para tornar o material mais manuseável, por exemplo, pós detergentes, corantes,

adubos; • para dar determinadas propriedades, por exemplo, para manter a mobilidade do

sal; • para evitar a presença de umidade que pode provocar corrosão, por exemplo, na

secagem do gás de iluminação.

Nos produtos cristalinos é preciso assegurar que os cristais não sejam danificados, e, com produtos farmacêuticos, tem de se ter cuidado para evitar contaminação. Tem-se, também, que evitar a contração (papel), a fissuração (madeira) ou a perda de sabor (frutas). Não considerando a secagem parcial de um material por prensagem, nem a remoção de água por absorção, quase todos os processos de secagem implicam a remoção de água por vaporização e, portanto, exigem o fornecimento de calor. Quando se avalia um processo de secagem, sua eficiência está diretamente associada ao aproveitamento útil do calor.

Princípios Gerais

O conteúdo de umidade de uma substância é expresso como percentagem de material seco. Se uma substância é exposta ao ar a uma qualquer temperatura e umidade, a substância perderá ou ganhará água até se atingir uma condição de equilíbrio. O teor de umidade de equilíbrio varia muito com o teor de umidade e a temperatura do ar. Um sólido insolúvel não poroso, como a areia ou o caulim, terá um teor de umidade de equilíbrio próximo de zero para todas as umidades e temperaturas, mas muitas substâncias orgânicas, como madeira, os têxteis e o couro apresentam largas variações do teor de umidade de equilíbrio. A umidade pode estar presente nas duas seguintes formas:

• umidade ligada – é água retida de talo modo que exerce uma pressão de vapor inferior à da água livre à mesma temperatura. Tal água pode estar retida em pequenos capilares, adsorvida sobre superfícies ou em solução nas paredes da células.

• umidade livre – é a água que está em excesso relativamente ao teor de umidade de equilíbrio.

IFSP – INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SÃO PAULO - CAMPUS CUBATÃO CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL DISCIPLINA: TECNOLOGIA DE MATERIAIS PROFESSORA: ANA PAULA

Equipamentos de Secagem Convencional

Comentaremos os tipos de equipamentos mais correntes, para isso, alguns aspectos gerais principais devem ser apontados:

• um secador pode ser usado para funcionamento contínuo ou descontínuo. • o aquecimento pode ser por passagem direta de ar ou gases quentes através ou

por sobre a substância, ou o aquecimento pode ser indireto. • o secador pode funcionar apenas à pressão atmosférica ou pode funcionar

também sob vácuo. 1 – Secadores de Tabuleiros ou Prateleiras. 2 – Secadores de Túnel. 3 – Secadores Rotativos. 4 – Secadores de Tambor

Secadores por Pulverização

Uma maneira prática de evaporar água de uma solução ou de uma suspensão de partículas sólidas consiste em pulverizar a mistura para um recipiente através do qual se faz passar uma corrente de gases quentes.

Secadores Pneumáticos

Nesses secadores mantém-se o material num fino estado de divisão, de modo que a superfície por unidade de volume é elevada e obtém-se uma alta velocidade de transferência de calor.

Secadores em Leito Fluidizado

Faz-se passar ar aquecido, ou gás quente de um queimador, através de uma câmara com enchimento e de uma placa difusora, para o interior do leito fluidizado de material, de onde passa depois para um separador de poeiras.

IFSP – INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SÃO PAULO - CAMPUS CUBATÃO CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL DISCIPLINA: TECNOLOGIA DE MATERIAIS PROFESSORA: ANA PAULA

ABSORÇÃO

A remoção de um ou mais componentes escolhidos de uma mistura de gases, por absorção num líquido

apropriado, é a segunda das operações principais da tecnologia química que se baseia em transferência de massa em

interface, controlada em grande parte pelas velocidades de difusão. Assim, pode recuperar-se acetona a partir de uma

mistura acetona-ar fazendo passar a corrente gasosa em água na qual a acetona se dissolve, enquanto que o ar passa e

sai. Semelhantemente, pode retirar-se amoníaco de uma mistura amoníaco-ar por absorção em água. Em cada um

desses exemplos, o processo de absorção do gás no líquido pode encarar-se como um processo físico, pois a reação

química não tem qualquer influência apreciável. Porém, quando se absorvem óxidos de azoto em água para produzir

ácido nítrico, ou quando se absorve anidrido carbônico numa solução de carbonato de sódio, dá-se uma reação

química cuja natureza é de molde a influenciar a velocidade real de absorção. Por isso, muitas vezes os processos de

absorção são divididos em dois grupos, para facilitar seus estudos: aqueles em que o processo é somente físico, e

aqueles em que ocorre reação química. No que diz respeito ao projeto do equipamento para realizar a absorção de

gases, o principal requisito é que o gás seja levado a contatar intimamente com o líquido, e a eficiência do

equipamento será em grande parte determinada pelo sucesso com que promove o contato entre as duas fases. O

funcionamento desses equipamentos resume-se na alimentação do gás pelo fundo da coluna, enquanto o solvente

líquido é introduzido pelo topo; o gás absorvido e o solvente saem pelo fundo e os constituintes não absorvidos saem

como gás pelo topo da coluna.

Como veremos mais tarde, a grande diferença entre absorção e destilação é que, na destilação o vapor tem

que ser produzido em cada andar por vaporização parcial do líquido, que, por isso, está à respectiva temperatura de

ebulição, ao passo que em absorção o líquido está bastante abaixo do seu ponto de ebulição.

IFSP – INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SÃO PAULO - CAMPUS CUBATÃO CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL DISCIPLINA: TECNOLOGIA DE MATERIAIS PROFESSORA: ANA PAULA

Equipamentos de Absorção de Gases

• Coluna de pratos; • Coluna com enchimento; • Torres com pulverização; • Torres de pratos.

Procure descobrir o funcionamento básico de cada um dos equipamentos acima.

IFSP – INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SÃO PAULO - CAMPUS CUBATÃO CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL DISCIPLINA: TECNOLOGIA DE MATERIAIS PROFESSORA: ANA PAULA

ADSORÇÃO

A adsorção envolve a transferência de um constituinte de um fluido para a superfície de uma fase sólida. Para

completar a separação, o constituinte adsorvido deve ser removido do sólido. A fase fluida pode ser ou um gás ou um

líquido. Se diversos constituintes são adsorvidos em graus diferentes, é possível, muitas vezes, separá-los em estados

relativamente puros.

A adsorção aplica-se à transferência física de um soluto, num gás ou num líquido, para uma substância

sólida, onde ele fica retido em conseqüência de interações microscópicas com as partículas constitutivas do sólido. O

soluto adsorvido não se dissolve no sólido, mas permanece na superfície do sólido ou nos poros do sólido. O processo

de adsorção é, muitas vezes, reversível, de modo que a modificação da pressão ou da temperatura, pode provocar a

fácil remoção do soluto adsorvido no sólido.

É muito importante a escolha dos adsorventes. Os sólidos devem ter características de pequena queda de

pressão e boa resistência mecânica para suportar o manuseio. Além disso, os adsorventes são seletivos quanto à

capacidade de adsorverem solutos específicos. Por isso, a natureza do sólido deve ser cuidadosamente ponderada para

que se tenha a segurança de um desempenho satisfatório. Os adsorventes comerciais incluem a bentonita, a bauxita, a

alumina, o carvão de ossos, a terra fuller, o carvão e a sílica gel.

A adsorção pode ser usada quando a fase fluida é um líquido ou um gás. As aplicações incluem o

descoramento de materiais alimentares, como óleos vegetais e concentrados açucarados, a secagem de gasolina e a

purificação de rejeitos líquidos para o controle da poluição das águas. O tratamento de gases inclui a recuperação de

vapores do solvente na secagem de tintas e nas operações de lavagem a seco, a secagem de gases, a remoção de

componentes tóxicos de gases de rejeito visando ao controle da poluição atmosférica.

Analise os processos de:

• Troca iônica. • Adsorção em leito fixo.

IFSP – INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SÃO PAULO - CAMPUS CUBATÃO CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL DISCIPLINA: TECNOLOGIA DE MATERIAIS PROFESSORA: ANA PAULA

DESTILAÇÃO

O processo de separação mais amplamente usado na indústria química é a

destilação. Esta operação unitária é também denominada fracionamento ou destilação fracionada. Quando se aquece um líquido, que contenha dois ou mais constituintes, até seu ponto de ebulição, a composição do vapor será normalmente diferente da do líquido. É esta diferença na composição das duas fases em equilíbrio que constitui a base do processo de destilação e, por esta razão, é essencial conhecer o equilíbrio vapor-líquido para o tratamento analítico de um problema de destilação. Um requisito importante de uma unidade de destilação é a promoção de contato íntimo entre as correntes de vapor e de líquido, de maneira que haja aproximação do equilíbrio. Praticamente em nenhum outro campo da engenharia química as unidades completas variam tanto em tamanho, desde as pequenas unidades de laboratório, com uma capacidade para alguns galões por hora, até as gigantescas colunas de destilação da indústria do petróleo, que lidam com vários milhares de galões por hora. Em função da complexidade do assunto, vamos recordar alguns conceitos básicos para melhor entendermos a destilação.

A destilação é o método de separação baseado no fenômeno de equilíbrio líquido-vapor de misturas. Em termos práticos, quando temos duas ou mais substâncias formando uma mistura líquida, a destilação pode ser um método adequado para purificá-las: basta que tenham volatilidades razoavelmente diferentes entre si.

Um exemplo de destilação que tem sido feito desde a antigüidade é a destilação de bebidas alcoólicas. A bebida é feita pela condensação dos vapores de álcool que escapam mediante o aquecimento de um mosto fermentado. Como o teor alcoólico na bebida destilada é maior do que aquele no mosto, caracteriza-se aí um processo de purificação.

O petróleo é um exemplo moderno de mistura que deve passar por várias etapas de destilação antes de resultar em produtos realmente úteis ao homem: gases (um exemplo é o gás liquefeito de petróleo ou GLP), gasolina, óleo diesel, querosene, asfalto e outros.

O uso da destilação como método de separação disseminou-se pela indústria química moderna. Pode-se encontrá-la em quase todos os processos químicos industriais em fase líquida onde for necessária uma purificação.

Em teoria, não se pode purificar substâncias até 100% de pureza através da destilação. Para conseguir uma pureza bastante alta, é necessário fazer uma separação química do destilado posteriormente.

A destilação tem suas limitações. Não se pode separar misturas azeotrópicas por destilação comum.

IFSP – INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SÃO PAULO - CAMPUS CUBATÃO CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL DISCIPLINA: TECNOLOGIA DE MATERIAIS PROFESSORA: ANA PAULA

História

A destilação é um método de separação extensamente estudado - os primeiros estudos científicos documentados surgiram ainda antes da Idade Média, por volta do ano 800, com o alquimista Jabir ibn Hayyan (Geber). Foi ele, inclusive, quem inventou o alambique, que é um aparato usado até hoje para fazer destilações de bebidas alcoólicas.

Modalidades

a) Destilação diferencial (ou destilação simples ou destilação em batelada) É usada para separar misturas homogêneas quando um dos componentes é sólido e o outro líquido. A destilação simples é utilizada quando há interesse nas duas fases. Este processo consiste em aquecer a mistura em uma aparelhagem apropriada, até que o líquido entre em ebulição. Como o vapor do líquido é menos denso, sairá pela parte superior do balão de destilação chegando ao condensador, que é refrigerado com água. Este entra em contato com as paredes frias, condensa-se, voltando novamente ao estado líquido. Em seguida, é recolhido em um recipiente adequado, e o sólido permanece no balão de destilação.

Montagem de laboratório para destilação flash

Este tipo de destilação consiste em apenas uma etapa de vaporização e condensação. Utiliza-se quatro equipamentos aqui: um alambique (balão de destilação, quando em laboratório; refervedor, quando em indústria), um condensador, um receptor (ou balão de recolhimento) e um termômetro. A vaporização se dá pelo aumento rápido da temperatura ou pela redução de pressão no alambique, onde a mistura a ser purificada está inicialmente. O vapor gerado no alambique é imediatamente resfriado no condensador. O líquido condensado, também chamado de destilado, é armazenado por fim no receptor.

IFSP – INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SÃO PAULO - CAMPUS CUBATÃO CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL DISCIPLINA: TECNOLOGIA DE MATERIAIS PROFESSORA: ANA PAULA

Observa-se atentamente o termômetro durante todo o processo. A temperatura tem a tendência de estacionar inicialmente no ponto de ebulição da substância mais volátil. Quando a temperatura voltar a aumentar, deve-se pausar o aquecimento e recolher o conteúdo do receptor: o líquido obtido é a tal substância mais volátil, que se separou da mistura original. Repete-se o processo para a obtenção da segunda substância mais volátil, a terceira, etc., até conseguir separar cada um dos componentes da mistura. Cada um dos destilados pode ser chamado de corte, porque o processo é como se se "cortasse" partes da mistura a cada temperatura.

Os destilados obtidos desta forma não estão 100% puros, apenas mais concentrados do que a mistura original. Para obter graus de pureza cada vez maiores, pode-se fazer sucessivas destilações do destilado. Como este processo é demorado e trabalhoso, utiliza-se em seu lugar a destilação fracionada.

b) Destilação fracionada

É usada na separação de misturas homogêneas quando os componentes da mistura são líquidos. A destilação fracionada é baseada nos diferentes pontos de ebulição dos componentes da mistura. A técnica e a aparelhagem utilizadas na destilação fracionada são as mesmas utilizadas na destilação simples, apenas deve ser colocado um termômetro no balão de destilação, para que se possa saber o término da destilação do líquido de menor ponto de ebulição. O término da destilação do líquido de menor ponto de ebulição, ocorrerá quando a temperatura voltar a se elevar rapidamente.

Esquema de destilação fracionada de uma mistura binária e perfis de concentração e temperatura.

Neste método de destilação, usa-se um balão de destilação (ou alambique, ou refervedor, dependendo da escala de produção), uma coluna de Vigreux (ou coluna de destilação, quando em indústria), um condensador e um receptor.

IFSP – INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SÃO PAULO - CAMPUS CUBATÃO CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL DISCIPLINA: TECNOLOGIA DE MATERIAIS PROFESSORA: ANA PAULA

Aqui, a coluna é peça-chave. Como na destilação flash, a mistura a ser purificada é colocada no balão de destilação, que é aquecido. Surge então um vapor quente. Ele sobe pela coluna, mas vai se resfriando ao longo dela e acaba por condensar-se. Com a condensação, forma-se um líquido, que escorre para baixo pela coluna, em direção à fonte de calor. Vapores sobem continuamente pela coluna e acabam por encontrar-se com o líquido que escorria; parte desse líquido rouba o calor do vapor ascendente e torna a vaporizar-se. A uma certa altura um pouco acima da condensação anterior, o vapor torna a condensar-se e escorrer para baixo. Este ciclo de vaporização e condensação ocorre repetidas vezes ao longo de todo o comprimento da coluna.

Os vários obstáculos instalados na coluna forçam o contato entre o vapor quente ascendente e o líquido condensado descendente. A intenção desses obstáculos é promover várias etapas de vaporização e condensação da matéria. Isto nada mais é do que uma simulação de sucessivas destilações flash. Quanto maior a quantidade de estágios de vaporização-condensação e quanto maior a área de contato entre o líquido e o vapor no interior da coluna, mais completa é a separação e mais purificada é a matéria final.

A atenção à temperatura é semelhante ao processo de destilação flash: a cada salto de temperatura no termômetro, faz-se o recolhimento dos destilados correspondentes.

O processo de obtenção dos produtos do petróleo.

A destilação fracionada é utilizada na separação dos componentes do petróleo. O petróleo é uma substância oleosa, menos densa que a água, formado por uma mistura de substâncias. O petróleo bruto é extraído do subsolo da crosta terrestre e pode estar misturado com água salgada, areia e argila. Por decantação separa-se a água salgada, por filtração a areia e a argila. Após este tratamento, o petróleo, é submetido a um fracionamento para separação de seus componentes, por destilação fracionada. As principais frações obtidas na destilação do petróleo são: fração gasosa, na qual se encontra o gás de cozinha; fração da gasolina e da benzina; fração do óleo diesel e óleos lubrificantes, e resíduos como a vaselina, asfalto e piche.

Para obtermos os derivados do petróleo e os torná-los utilizáveis, o óleo cru, passa por uma série de processos até atingir seu estado final, e será, então, consumido.

Para separarmos uma mistura de produtos, utilizamos de uma propriedade físico-química: o ponto de ebulição, ou seja, a certa temperatura o produto irá evaporar. A destilação fracionada é um processo de aquecimento, separação e esfriamento dos produtos.

IFSP – INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SÃO PAULO - CAMPUS CUBATÃO CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL DISCIPLINA: TECNOLOGIA DE MATERIAIS PROFESSORA: ANA PAULA

O Processo de refino:

1- Retirada do sal e da água, que se misturaram ao petróleo.

2 - Aquecimento do óleo em fogo direto a 320ºC e então, começa a se separar.

3 - Na coluna atmosférica, o petróleo é aquecido junto com vapor de água, para facilitar a destilação.

4 - Saída dos produtos, já separados..

5 - Produtos consumíveis.

Os pontos de ebulição dos subprodutos do petróleo

FRAÇÃO INTERVALO DE TEMPERATURA PRINCIPAIS COMPONENTES

GLP -165º a 30ºC CH4 C2H6 C3H8 C4H10

Éter do petróleo 30º a 90ºC C5H12 C6 H14 C7H16 C8H18 C9H20 C10H22

Gasolina 30º a 200ºC C10H22 C11H24 C12H26 C13H28 C14H30 C15H32

Querosene 175º a 275ºC Moléculas maiores

Óleos Lubrificantes 175º a 400ºC Moléculas maiores

Parafina 350ºC Moléculas maiores

Alcatrão resíduo Moléculas maiores

Por essa tabela, podemos perceber que os gases são os primeiros produtos a se separar do óleo bruto.

IFSP – INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SÃO PAULO - CAMPUS CUBATÃO CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL DISCIPLINA: TECNOLOGIA DE MATERIAIS PROFESSORA: ANA PAULA

A destilação fracionada também é utilizada na separação dos componentes de uma mistura gasosa. Primeiro, a mistura gasosa deve ser liquefeita através da diminuição da temperatura e aumento da pressão. Após a liquefação, submete-se a mistura a uma destilação fracionada: o gás de menor ponto de ebulição volta para o estado gasoso. Esse processo é utilizado para separação do oxigênio do ar atmosférico, que é constituído de aproximadamente 79% de nitrogênio e 20% de oxigênio e 1% de outros gases. No caso desta mistura o gás de menor ponto de ebulição é o nitrogênio.

Limitações

A destilação da forma descrita neste artigo não pode separar misturas chamadas azeotrópicas. Existem as seguintes formas de contornar a situação:

• destilação azeotrópica

• destilação extrativa

• destilação fracionada

• peneiras moleculares

• pervaporação

Agora que já se tem noções do que é destilação, descubra os tipos de colunas de destilação que existem, como são seus preenchimentos e quais suas utilidades.

IFSP – INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SÃO PAULO - CAMPUS CUBATÃO CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL DISCIPLINA: TECNOLOGIA DE MATERIAIS PROFESSORA: ANA PAULA

TRATAMENTO DE ÁGUA E PROTEÇÃO DO AMBIENTE

Atualmente reconhece-se a importância da preparação da água para a indústria. Os regeitos de água industriais constituem um problema complicado e difícil. Apesar da solução serespecífica para cada indústria, é possível enunciar alguns princípios gerais:

- aumentar a reutilização;

- controlar a poluição;

- recuperar subprodutos para diminuir a despesa com o tratamento;

- acumular os rejeitos.

A qualidade e a quantidade de água disponível constituem itens importantes na escolha da localização da indústria.

Os problemas de quantidade, qualidade, reutilização e poluição são complicados e exigem investigação para que se possa decidir entre fontes alternativas de água e o tratamento ótimo para minimizar o custo total de utilização.

REUTILIZAÇÃO

40% da população americana consomem água que foi usada pelo menos uma vez para fins domésticos ou industriais. Em muitas áreas, os efluentes de esgoto tratado são de melhor qualidade que a água de fontes naturais. A reutilização industrial diminui a poluição química, térmica e biológica das correntes e coloca sob controle direto da direção da fábrica o manuseio da água.

TRATAMENTO DE ÁGUA

Cada indústria tem suas exigências especiais de tratamento, adaptado ao emprego/utilização da água.

- abrandamento: remoção total ou parcial da dureza

- purificação: remoção da matéria orgânica e microorganismos

- clarificação

MÉTODOS:

Troca iônica: processo de conversão química.

Uma reação química em que íons hidratados móveis de um sólido são trocados pelos íons de mesma carga numa solução.

2 – DESMINERALIZAÇÃO:

IFSP – INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SÃO PAULO - CAMPUS CUBATÃO CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL DISCIPLINA: TECNOLOGIA DE MATERIAIS PROFESSORA: ANA PAULA

Usado para condicionar água de vários processos ou água de lavagem.

Os sistemas utilizados para esse processo são os de troca iônica escolhidos conforme:

a) os volumes e composições da água;

b) as exigências sobre a qualidade do efluente;

c) capital necessário e custos operacionais.

3 – DESTILAÇÃO

Único processo capaz de remover os íons da água.

4 – PROCESSOS DE PRECIPITAÇÃO

a) processo cal iodado ( a frio e a quente);

b) condicionamento do fosfato;

c) remoção de sílica.

DESSALINIZAÇÃO:

A dessalinização é usada para designar qualquer processo empregado na (1) Dessalinização parcial ou (2) Dessalinização completa de águas muito salinas. O objetivo do processo (1) é diminuir o teor de sal a um grau que torne a água conveniente para ser bebida (<500 ppm de sais) O processo (2) visa fornecer água apropriada para utilização em caldeiras de alta pressão e em algumas outras aplicações industriais.

PROTEÇÃO DO AMBIENTE

Cada ano que passa, a proteção do ambiente requer maior atenção.

Nos U.S.A a intervenção do governo ocorreu através da imposição de leis mais restritivas quanto à poluição da água e do ar.

Essa legislação é séria e prevê:

- fundos adicionais para pesquisa;

- programas de concessão adicionais;

- padrões nacionais de qualidade do ar ambiente;

- definição completa de regiões de controle da qualidade do ar

IFSP – INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SÃO PAULO - CAMPUS CUBATÃO CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL DISCIPLINA: TECNOLOGIA DE MATERIAIS PROFESSORA: ANA PAULA

- normas específicas para poluentes perigosos.

TRATAMENTO DE ÁGUAS INDUSTRIAIS E ESGOTO

1 – águas servidas urbanas:

Não se aceita o despejo lançado em grande massa de água disponível. O objetivo das futuras plantas de tratamento de esgoto é atingir a descarga nula de poluentes.

Métodos de tratamento:

Visam diminuir teor de sólidos suspensos e baixar a DBO.

a) primários – são os tratamentos físicos

b) secundários – tratamentos biológicos

c) terciários – tratamentos químicos visando remover poluentes que não tem DBO (exemplo: Ni P -> crescimento de algas)

2 – ÁGUAS SERVIDAS INDUSTRIAIS

São tratamentos muito mais complexos e visam a recuperação de materiais úteis que seriam lançados em aterro (exemplo: ração animal)

POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA

Fonte de alta preocupação. São considerados poluentes os gases, as névoas finas grossas, fumaças e as combinações desses.

Métodos de tratamento:

- filtros manga;

- precipitadores eletrostáticos;

- ciclones e lavadores de gases.

Problemas com cheiro, resolvidos usando leito de carvão ativo, incineração ou combustão catalítica.

IFSP – INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SÃO PAULO - CAMPUS CUBATÃO CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL DISCIPLINA: TECNOLOGIA DE MATERIAIS PROFESSORA: ANA PAULA

FERTILIZANTES

1. Qual a importância da produção de fertilizantes a nível nacional e mundial? Os fertilizantes são de vital importância na produção de alimentos, portanto é de

vital importância para qualquer país ser auto-suficiente na produção de fertilizantes

para que não seja preciso importar fertilizantes de outros países, aumentando os

custos agrícolas. A quantidade de alimentos produzidos por hectare que utiliza

fertilizante é muito superior a mesma área que não utiliza fertilizante. Com o

aumento da população em todo o mundo, é vital cada vez conseguir tirar mais

alimento produzido por hectare e só se consegue isso, utilizando fertilizantes.

2. Qual a importância do P.D.A.I na área industrial? PDAI - Plano Diretor de Automação Integrado: Os Planos Diretores como um tipo

de planejamento tático, devem estar integrados aos objetivos do Planejamento

Estratégico da Organização. Uma vez postos em operação cada um de seus

projetos, devem ser monitorados e controlados a partir de seus KPIs (Indicadores-

chave de Desempenho) tanto de projeto como de operações para uma perfeita

melhoria contínua de reparos de defeitos, ações corretivas, ações preventivas,

métricas e até estratégias, utilizando-se da Tecnologia da Automação para

conquistar essa performance. Neste artigo, mostramos que os profissionais de TA,

via de regra, dispõem desses argumentos em mãos, mas muitas vezes por não

estarem ligados aos assuntos estratégicos da organização não têm sabido utilizar

esse cenário a seu favor.

3. Que informações sobre esse processo mais chamaram sua atenção?

PDAI – Plano Diretor de Automação Integrada é um plano tático que determina

diretrizes para:

IFSP – INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SÃO PAULO - CAMPUS CUBATÃO CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL DISCIPLINA: TECNOLOGIA DE MATERIAIS PROFESSORA: ANA PAULA

• Obter-se um planejamento integrado da troca de informações entre níveis

hierárquicos;

• Impedir o efeito “colcha de retalhos” entre os projetos de TA;

• Padronizar soluções em torno de uma arquitetura sonho;

• Consolidar tecnologias para os sistemas atuais e futuros a serem

implantados;

• Obter ganho de escala na compra de hardware e software;

• Prever investimentos em hardware, software e serviços;

• Idealizar os horizontes de TA, dividindo-o em projetos estruturados e

flexíveis para o crescimento ordenado no tempo;

• Atualização dos sistemas compatível com a velocidade de evolução da

tecnologia.

4. Na sua opinião, qual a importância desse intercâmbio com profissionais da área industrial no aprendizado dos processos industriais

Conscientizar e capacitar dirigentes industriais, média e alta gerência,

engenheiros e demais profissionais ligados à coordenação de projetos de

investimentos na organização, para a auto-implantação do PDAI – Plano Diretor

de Automação Integrada, através da internalizacão dos conceitos, princípios,

práticas e metodologias para uma melhor e mais eficiente aplicação da

Automação Integrada em seus processos produtivos.

IFSP – INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SÃO PAULO - CAMPUS CUBATÃO CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL DISCIPLINA: TECNOLOGIA DE MATERIAIS PROFESSORA: ANA PAULA

ISOLADORES

1. Para que servem esses materiais Os isoladores servem para conter correntes elétricas. Esses isolantes oferecem alta

resistência à passagem de corrente, suportam altas voltagens sem se romper, e não

se deterioram com o tempo. A resistência à luz solar, chuvas, faíscas e abrasão

também pode ser importante. A resistência elétrica dos isolantes costuma cair com

a temperatura, com exceção do papel e a presença de impurezas químicas.

As propriedades mecânicas desejadas variam conforme a aplicação: fios requerem

revestimentos flexíveis, feitos de materiais plásticos como o cloreto de polvinil,

enquanto o vidro e a porcelana são usados em dispositivos rígidos, neste caso, nos

isoladores elétricos fabricados pelas empresas citadas abaixo, os quais apoiam

cabos de alta tensão e servem para equipamentos como transformadores e usinas.

2. Qual a exigência principal durante o processo de fabricação No Brasil, em particular, a norma legal que orienta os empregadores sobre

necessidade do reconhecimento, da avaliação e do controle dos riscos ambientais

nos locais de trabalho, define diretrizes amplas, de ordem administrativa, de

planejamento e de organização, para que toda e qualquer empresa adote um

programa de prevenção de riscos ambientais (PPRA), com medidas de controle e

sistemas preventivos dos riscos à saúde dos trabalhadores nos processos, nas

condições e nos ambientes de trabalho. Além dessa exigência, a legislação

previdenciária nacional, por meio de instruções normativas ao Regulamento da

Previdência Social, os dados registrados pelo PPRA à caracterização dos ambientes

de trabalho no estabelecimento no nexo causal e para reconhecimento das

atividades de risco para a concessão do benefício de aposentadoria especial.

IFSP – INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SÃO PAULO - CAMPUS CUBATÃO CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL DISCIPLINA: TECNOLOGIA DE MATERIAIS PROFESSORA: ANA PAULA

3. Diferencia queima de sinterização Sinterização: Fase intermediária na queima da argila ou do esmalte, onde a fase

líquida ainda não começou, mas o início da reação de um ou mais sólidos formou

um amálgama, diminuindo a porosidade do material e aumentando sua resistência.

As partículas sólidas se aglutinam pelo efeito do aquecimento a uma temperatura

inferior à de fusão. Ponto de maturação de uma massa cerâmica.

O processo de queima é importante para que se possa obter um produto final com

as propriedades desejadas, porém o corpo a ser queimado deve apresentar

características que lhe permitam atingir essas propriedades.

Para que se possa controlar favoravelmente o processo de queima, às características

desejadas, é importante que se saiba o que ocorre com uma peça cerâmica durante a

queima.

IFSP – INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SÃO PAULO - CAMPUS CUBATÃO CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL DISCIPLINA: TECNOLOGIA DE MATERIAIS PROFESSORA: ANA PAULA

POLIETILENO TEREFTALATO (PET) Responda as questões abaixo sobre o polímero que vocês escolheram para pesquisar:

1. Demonstre, num fluxograma simplificado qual o processo produtivo utilizado para a obtenção deste polímero.

Estração do Petróleo Refino do Petróleo Processo do Etileno Processo do Paraxileno

Processo do Etilenoglicol

Processo do DMT (Metanol)

Polimerização do PET

2. Quais as principais propriedades e aplicações deste material. O Polietileno Tereftalato é um poliéster, transparente, brilhante, leve, inquebrável e impermeável, com boa performance de design e facilidade de moldagem, que proporciona alta resistência mecânica (impacto) e química, além de ter barreiras para gases e odores. Devido as características acima e ao seu peso ser muito menor que as embalagens tradicionais, ao ser usado pelas indústrias de bebida, ele reduziu os custos de transporte e produção. No Brasil, o mercado PET é consumido para produção de cordas (multifilamentos), fios de costura (monofilamento) e cerdas de vassouras e escovas, além disso é aplicado para moldagem de auto peças, lâminas para termoformadores, garrafas de detergentes, refrigerantes e outros; A outra aplicação é na fabricação de frascos e garrafas para uso alimentício/hospitalar, cosmético, bandejas para microondas, filmes para áudio e vídeo e fibras têxteis

IFSP – INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SÃO PAULO - CAMPUS CUBATÃO CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL DISCIPLINA: TECNOLOGIA DE MATERIAIS PROFESSORA: ANA PAULA

3. Descreva 3 operações unitárias utilizadas na produção deste polímero e qual o equipamento recomendado para cada uma dessas operações.

Transesterificação - ocorre a reação do DMT com EG, formando o monômero DHET, com liberação do metanol, em coluna reativa com 23 pratos valvulados. O EG catalizado é alimentado no prato 18 a 140º C e DMT no prato 16 a 170ºC. O metanol do processo é reutilizado na produção do DMT na planta existente ou diretamente vendido. Pré-Polimerizador de fluxo ascendente (UFPP) – possui 16 pratos especialmente projetados e um pré aquecedor no fundo. Opera sobre vácuo, pois é necessário remover o excesso de EG para continuar com a reação de polimerização

EGnnPETnDHET )1( −+↔

Finalizador – é um vaso encamisado montado horizontalmente. Possui um agitador especialmente projetado para promover a transferência de massa, gerando uma larga área superficial no polímero por evolução de EG. O processo completo de polimerização contínua dura cerca de 4 horas aproximadamente, sendo, 1 hora no transesterificador, 1 hora no pré-polimerizador de fluxo ascendente e 2 horas no finalizador.

4. O que os levou a pesquisar sobre esse material Devido a importância do material, sua versatilidade no uso doméstico e hospitalar, além da fabricação de garrafas. Este é um dos materiais mais vendidos em todo o mundo, entretanto a sua criação/fabricação tem pouco tempo, em comparação com o vidro e o alumínio. Possui custo baixo de fabricação.

IFSP – INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SÃO PAULO - CAMPUS CUBATÃO CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL DISCIPLINA: TECNOLOGIA DE MATERIAIS PROFESSORA: ANA PAULA

PPRROODDUUÇÇÃÃOO DDEE CCOOMMBBUUSSTTÍÍVVEEIISS

1. Compare, simplificadamente, o processos de obtenção da gasolina e do álcool

• A gasolina é um combustível obtido do refino do petróleo e composto, basicamente, por uma

mistura de hidrocarbonetos (compostos orgânicos que contêm átomos de carbono e hidrogênio). Os

processos de refino utilizados na produção da gasolina compreendem várias etapas. De um modo geral, o

processo começa com uma simples separação física, denominada destilação. Da destilação aproveita-se

a nafta para a produção da gasolina. Dessa mesma destilação obtêm-se várias parcelas, uma delas

denominada gasóleo. O gasóleo passa por processo complexo, que modifica a estrutura das moléculas,

chamado craqueamento catalítico. Deste processo é obtida uma outra nafta chamada nafta de

craqueamento que pode ser adicionada à nafta de destilação para a produção de gasolina.

• O processo de fabricação do álcool inicia com a lavagem de cana. Em seguida, o caldo é extraído,

é nesta fase que começa–se a tentar neutralizar a ação de microorganismos nocivos, ou melhorar a

“recuperação de sacarose”. Para isso, entram em cena agentes bactericidas para evitar a proliferação de

microorganismos que não são interessantes para o processo, ou o controle bacterostático. Para o

tratamento do caldo trabalha–se com dois decantadores em separado, um para o açúcar outro para o

álcool. Depois, o caldo é destilado produzindo o mosto. Por fim, o caldo passa por um processo de

fermentação, onde normalmente, aplica–se produtos para multiplicação das leveduras mais conhecidas

como Saccharomyces Cerevisae.

2. Quais as vantagens da fabricação do álcool a partir da cana-de-açúcar em relação ao milho?

As vantagens são que a cana-de-açúcar é constituída por 20% de açúcar que começa a fermentar logo

depois de cortada. Entretanto, o amido contido nos grãos do milho é transformado em açúcar com a ajuda

de enzimas antes de ser fermentada.

3. O que é considerado gasolina “adulterada”?

Gasolina adulterada é caracterizada pela adição irregular de qualquer substância, sem recolhimento de

impostos, com vistas à obtenção de lucro. Ela recebe elementos que diferenciam ela da gasolina comum

como dioxido de enxofre.

4. Na refinaria do petróleo, que dá origem à gasolina, muitas operações unitárias são realizadas.

Das 6 operações citadas a seguir, explique 3 delas:

- Destiliação: A Destilação fracionada atmosférica utilizada nas refinárias consiste em separar o petróleo

em faixas de temperatura. Ocorre dentro de uma torre recheada que necessita de um condensador de

topo (retira calor do topo controlando a temperatura e a composição dos gases combustíveis e GLP que

saem pelo topo da torre), um refervedor de fundo (Recupera frações leves que foram carreadas para o

fundo da torre) e pontos de retirada lateral (separando as frações de gasolina, nafta, solventes,

querosenes e óleo diesel).

IFSP – INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SÃO PAULO - CAMPUS CUBATÃO CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL DISCIPLINA: TECNOLOGIA DE MATERIAIS PROFESSORA: ANA PAULA

- Absorção: A dessulfurização por adsorção com adsorventes modificados e seletivos é um processo

alternativo promissor com relação à hidrodessulfurização convencional por se tratar de um processo que

não necessita de condições severas de operação que comprometam a octanagem da gasolina e o custo

final de operação.

- Adsorção

- Filtração

- Cristalização

- Extração: O sistema de extração do petróleo varia de acordo com a quantidade de gás acumulado na

jazida. Se a quantidade de gás for grande o suficiente, sua pressão pode expulsar por si mesma o óleo,

bastando uma tubulação que comunique o poço com o exterior. Se a pressão for fraca ou nula, será

preciso ajuda de bombas de extração.

5. Na produção de álcool etílico a partir da cana-de-açúcar, são utilizadas várias operações

unitárias. Das operações citadas a seguir, escolha 3 delas e as explique:

- Lavagem: Antes da moagem, a cana é lavada nas mesas alimentadoras para retirar a terra proveniente

da lavoura. Após a lavagem, a cana passa por picadores que trituram os colmos, preparando-a para a

moagem.

- Fermentação: É na fermentação que ocorre a transformação dos açúcares em etanol ou seja, do açúcar

em álcool. Utiliza-se uma levedura especial para fermentação alcoólica, a Saccharomyces uvarum. No

processo de transformação dos açúcares em etanol há desprendimento de gás carbônico e calor,

portanto, é necessário que as dornas sejam fechadas para recuperar o álcool arrastado pelo gás

carbônico e o uso de trocadores de calor para manter a temperatura nas condições ideais para as

leveduras. A levedura após passar pelo processo de fermentação se "desgasta", por ficar exposta a teores

alcoólicos elevados. Após a separação do fermento do vinho, o fermento a 60% é diluído a 25% com

adição de água. Regula-se o pH em torno de 2,8 a 3,0 adicionando-se ácido sulfúrico que também tem

efeito desfloculante e bacteriostático. O tratamento é contínuo e tem um tempo de retenção de

aproximadamente uma hora. O fermento tratado volta ao primeiro estágio para começar um novo ciclo

fermentativo; eventualmente é usado bactericida para controle da população contaminante. Nenhum

nutriente é usado em condições normais.

- Extração: Os produtos químicos passam a desempenhar maior importância a partir da extração do

caldo. É fato sabido que quanto mais tempo a cana demora para entrar no processo de moagem mais ela

perde em inversão de sacarose, reduzindo seu teor. Na fase de extração do caldo, é onde começa–se a

tentar neutralizar a ação de microorganismos nocivos, ou melhorar a “recuperação de sacarose”. Para

isso, entram em cena agentes bactericidas para evitar a proliferação de microorganismos que não são

interessantes para o processo, ou o controle bacterostático. Nessa limitação de microorganismos,

geralmente, trabalha–se com razões de 106 e 107 UFC/ml.

- Destilação

- Decantação

IFSP – INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SÃO PAULO - CAMPUS CUBATÃO CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL DISCIPLINA: TECNOLOGIA DE MATERIAIS PROFESSORA: ANA PAULA

- Centrifugação:

CURIOSIDADE

Todo mundo sabe que os primeiros carros a álcool tinham problemas quanto ao revestimento de tanque e carburador. O fato

acontecia porque os primeiros veículos a álcool, na verdade, eram movidos a gasolina e houve uma conversão onde foi esquecido

as propriedades químicas do álcool carburante. Tempos mais tarde, as indústrias automobilísticas começaram a produzir veículos a

álcool com componentes mais resistentes. O extinto Conselho Nacional do Petróleo, então, criou a especificação do álcool

carburante onde ficou determinado as propriedades do álcool quanto ao pH, condutividade e teor de acidez. Esta última é que

causa a corrosão, o pH mede essa corrosão e a condutividade mede os sais que podem incrustar. Para resolver o problema de

incrustação e corrosão, entre os anos de 1982 e 1986, a Rohm and Haas trabalhou no desenvolvimento de resinas especiais para a

desmineralização do álcool.

IFSP – INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SÃO PAULO - CAMPUS CUBATÃO CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL DISCIPLINA: TECNOLOGIA DE MATERIAIS PROFESSORA: ANA PAULA

Processo Siderúrgico - Introdução

Quando o homem conseguiu a quantidade necessária de calor para fundir o minério de ferro, encerrou a Idade do Bronze e deu início à Idade do Ferro. O fator custo teve importante papel nesta mudança.

A fronteira entre o ferro e o aço foi definida na Revolução Industrial, com a invenção de fornos que permitiam não só corrigir as impurezas do ferro, como adicionar-lhes propriedades como resistência ao desgaste, ao impacto, à corrosão, etc. Por causa dessas propriedades e do seu baixo custo o aço passou a representar cerca de 90% de todos os metais consumidos pela civilização industrial.

Basicamente, o aço é uma liga de ferro e carbono. O ferro é encontrado em toda crosta terrestre, fortemente associado ao oxigênio e à sílica. O minério de ferro é um óxido de ferro, misturado com areia fina.

O carbono é também relativamente abundante na natureza e pode ser encontrado sob diversas formas. Na siderurgia, usa-se carvão mineral, e em alguns casos, o carvão vegetal.

O carvão exerce duplo papel na fabricação do aço. Como combustível, permite alcançar altas temperaturas (cerca de 1.500o Celsius) necessárias à fusão do minério. Como redutor, associa-se ao oxigênio que se desprende do minério com a alta temperatura, deixando livre o ferro. O processo de remoção do oxigênio do ferro para ligar-se ao carbono chama-se redução e ocorre dentro de um equipamento chamado alto forno.

Antes de serem levados ao alto forno, o minério e o carvão são previamente preparados para melhoria do rendimento e economia do processo. O minério é transformado em pelotas e o carvão é destilado, para obtenção do coque, dele se obtendo ainda subprodutos carboquímicos.

No processo de redução, o ferro se liquefaz e é chamado de ferro gusa ou ferro de primeira fusão. Impurezas como calcário, sílica etc. formam a escória, que é matéria-prima para a fabricação de cimento.

A etapa seguinte do processo é o refino. O ferro gusa é levado para a aciaria, ainda em estado líquido, para ser transformado em aço, mediante queima de impurezas e adições. O refino do aço se faz em fornos a oxigênio ou elétricos.

Finalmente, a terceira fase clássica do processo de fabricação do aço é a laminação. O aço, em processo de solidificação, é deformado mecanicamente e transformado em produtos siderúrgicos utilizados pela indústria de transformação, como chapas grossas e finas, bobinas, vergalhões, arames, perfilados, barras etc.

IFSP – INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SÃO PAULO - CAMPUS CUBATÃO CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL DISCIPLINA: TECNOLOGIA DE MATERIAIS PROFESSORA: ANA PAULA

Com a evolução da tecnologia, as fases de redução, refino e laminação estão sendo reduzidas no tempo, assegurando maior velocidade na produção.

As usinas de aço do mundo inteiro segundo o seu processo produtivo, classificam-se:

• Integradas - que operam as três fases básicas: redução, refino e laminação;

• Semi-integradas - que operam duas fases: refino e laminação. Estas usinas partem de ferro gusa, ferro esponja ou sucata metálica adquiridas de terceiros para transformá-los em aço em aciarias elétricas e sua posterior laminação.

Existem ainda unidades produtoras chamadas de não integradas, que operam apenas uma fase do processo: redução ou laminação. No primeiro caso estão os produtores de ferro gusa, os chamados guseiros, que têm como característica comum o emprego de carvão vegetal em altos fornos para redução do minério. No segundo, estão os relaminadores, geralmente de placas e tarugos, adquiridos de usinas integradas ou semi-integradas e os que relaminam material sucatado.

No mercado produtor operam ainda unidades de pequeno porte que se dedicam exclusivamente a produzir aço para fundições.

Processo Siderúrgico – Etapas da Produção

Processos modernos garantem alta qualidade.

O aço é produzido, basicamente, a partir de minério de ferro, carvão e cal. A fabricação do aço pode ser dividida em quatro etapas: preparação da carga, redução, refino e laminação.

1. Preparação da carga

Grande parte do minério de ferro (finos) é aglomerada utilizando-se cal e finos de coque. O produto resultante, é chamado de sinter. O carvão é processado na coqueria e transforma-se em coque.

2. Redução

Essas matérias-primas, agora preparadas, são carregadas no alto forno. Oxigênio aquecido a uma temperatura de 1000ºC é soprado pela parte de baixo do alto forno. O carvão, em contato com o oxigênio, produz calor que funde a carga metálica e dá início ao processo de redução do minério de ferro em um metal líquido: o ferro-gusa. O gusa é uma liga de ferro e carbono com um teor de carbono muito elevado.

3. Refino

Aciarias a oxigênio ou elétricas são utilizadas para transformar o gusa líquido ou sólido e sucata de ferro e aço em aço líquido. Nessa etapa parte do carbono contido no gusa é removida juntamente com impurezas.

IFSP – INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SÃO PAULO - CAMPUS CUBATÃO CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL DISCIPLINA: TECNOLOGIA DE MATERIAIS PROFESSORA: ANA PAULA

A maior parte do aço líquido é solidificada em equipamentos de lingotamento contínuo para produzir semi-acabados, lingotes e blocos.

4. Laminação

Os semi-acabados, lingotes e blocos, são processados por equipamentos chamados laminadores e transformados em uma grande variedade de produtos siderúrgicos cuja nomenclatura depende de sua forma e/ou composição química.

Processo Siderúrgico - Fluxograma

IFSP – INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SÃO PAULO - CAMPUS CUBATÃO CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL DISCIPLINA: TECNOLOGIA DE MATERIAIS PROFESSORA: ANA PAULA