práticas 1° bim
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Universidade Federal do Rio GrandeEscola de Química e Alimentos
Laboratório de Operações UnitáriasCódigo: 2155 7 horas/semana
Prof. Dr. Luiz A. A. PINTO
DISCIPLINA DE OPERAÇÕES UNITÁRIAS
1ª Bimestre/2013Mestranda: Tatiane Vieira Rêgo
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Operações com manuseio de sólidos e fluidos:
Aulas Práticas:
Caracterização de Partículas Peneiramento e Moagem
Elutriação Permeametria Filtração
Centrifugação Sedimentação
Transporte Pneumático e Ciclonagem Fluidização
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Operações com Transferência de Calor e/ou Massa:
Aulas Práticas:
Trocador de Calor Caldeira e Linhas de Vapor
Evaporador Secagem
Torre de Resfriamento
Destilação Lixiviação
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PLANO DE ENSINO
GEANKOPLIS, C. J. – Transport Processes and Unit Operation, 3ª edition, Prentice Hall, 1993.
FOUST, A. S., WENZEL, L.A., CLUMP, C. W., MAUS, L. & ANDERSEN, L. B. – Princípios das operações unitárias, 2ª ed., Editora guanabara Dois, Rio de Janeiro.
GOMIDE, R. – Operações Unitárias, Vols 1, 2, 3 e 4, Ded. o autor, São Paulo, SP., 1983.
McCABE, W. . & SMITH, J. C. – Unit Operações of Chemical Engineering, 3ª edition, Ed. McGraw-Hill inc. 1986.
TREYBAL, R. E. – Mass Transfer Operations. McGraw-Hill Ltda, 3ª edition, Rio de Janeiro, 1993.
MASSARANI, G; Fluidodinâmica em sistemas particulados; Editora UFRJ; Rio de Janeiro, 2003.
Bibliografia:
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PLANO DE ENSINO
KERN, D. Q. – Processos de Transmissão de calor. Editora Guanabara Dois S. A., Rio de Janeiro, 1987.
MACINTTYRE, J. A. – Bombas e Instalações de Bombeamento. Ed. Guanabara Dois S. A., Rio de Janeiro, 1980.
PERRY, R. H. & CHILTON, C.H. – Manual de Engenharia Química. 5ª Edição. Guanabara Dois S. A., Rio de Janeiro, 1986.
VIAN, A. & OCÓN, J. Elementos de Ingeneria Química (Operações Básicas), Aguiar S. A. de Ediciones, 5ª edições, Madrid, 1976.
COULSON, J. M. & RICHARDSON. J. F. Chemical Engineering, vol 2, Oxford Pregamon Press, 1994.
Complementar:
Metodologia e procedimentos:
Aulas:
Prática (2 h/semana): Serão disponibilizados 2 dias para as aulas práticas com 10 alunos por turma aproximadamente.
Teóricas (5 h/semana): Todos os alunos de Engenharia de Alimentos.
OPERAÇÕES UNITÁRIAS
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Presença e Relatório: Será sorteada 1 prática por dupla no final aula da prática e este deverá entregar um material escrito conforme as normas ABNT.
Avaliação:
Apresentação: Será individual (10-15 min) relativo a prática sorteada.
60% nota
40% nota
Prova
Sorteio:
Escolher as duplas:
OPERAÇÕES UNITÁRIAS
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Após cada aula será sorteada uma dupla que deverá entregar o relatório
Esta dupla deverá escrever um relatório nas normas ABNT.
Após deverá ser feito a apresentação individual
Observação: Todos devem estar de jaleco durante aula prática.
A presença vale 1 ponto do relatório
Xerox tem o roteiro de todas as aulas práticas
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Aula 1: Apresentação
Cronograma 1° Bim
Caracterização de partículas;
Peneiramento e moagem;
Elutriação;
Permeameametria (Leito de areia);
Fluidização (Leito de jorro e leito fluidizado).
Permeameametria (Leito de polietileno);
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Caracterização de Partículas
Diâmetro (Peneiramento, Picnometria e Paquimetria);
Massa específica (Aparente, mistura e Real);
Porosidade;
Esfericidade (Por definição e Stokes).
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Picnometria
Conhecer o número de partículas utilizadas;
Massa da amostra e do solvente;
Volume de partículas;
Amostra não deve ser solúvel no solvente.
6==
3partícula
esferapartícula
DπVV Eq. (1)
É um método simples;
14
Peneiramento
Peneiras padronizadas;
Agitação manual ou mecanicamente;
Partículas de tamanhos diferentes (frações).
2
+= 21 DD
D Eq. (2)
Método mais comum;
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Paquimetria
Permite calcular um diâmetro médio;
Dimensões que caracterizam a partícula.
asdepartículN
DD
partícula
º
∑=
asdepartículNDimensõesN
Dimensões
Dº
º
Partículas com uma dimensão
Partículas com mais de uma dimensão
Eq. (3)
Eq. (4)
Método mais simples de medida;
16
Determinação da massa específica
Pode ser realizada por:
amostra
amostrapartícula V
mρ = Eq. (5) Picnometria (Real)
i
imistura x
1
Eq. (6) Mistura (Comp. Quím. ≠)
total
totalaparente V
mρ = Eq. (7)Aparente (Proveta)
17
Determinação da Porosidade
Relaciona o volume de espaços vazios entre as partículas e o
volume total do leito;
Adimensional;
Uniformidade das partículas;
partículaρ
ρε
aparente -1 = Eq. (8)
18
Determinação da Esfericidade
Por definição:
Vpartícula
esfera
A
A
Appaq
circular
L
D
.
pPpaq
circular
L
D
.
Volume
Área Projetada
Perímetro Projetado
Eq. (9)
Eq. (10)
Eq. (11)
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Lei de Stokes:
Mede a velocidade terminal da partícula no interior de um
fluido.
quedat t
DistânciaV = Eq. (12)
Regime Laminar:( )
fluído
1fluídopic2
paq
μ 18
K g ρ- ρ D=tV Eq. (13)
Onde: K1 fator de correção para partículas
não perfeitamente esféricas 065,0log. 843,0=1
φk Eq. (14)
20
Regime Turbulento
Quando o número de Reynolds da partícula é igual ou maior
a 0,5, deve-se considerar o regime de Newton, cujo
equacionamento conduz ao fator K2.
( )fluído
fluídopicpaq
t μK
gρρDV
**3
- *4=
2
2
Eq. (15)
4,88φ- 5,31=2k Eq. (16)
25
OBJETIVOS
Fazer a distribuição granulométrica do milho de pipoca
antes e após a moagem;
Determinar o diâmetro médio de Sauter através do modelo
experimental;
Determinar o diâmetro médio pelos modelos GGS e RRB.
Determinar a potência requerida pelo moinho de facas;
Determinar as constantes de Rittinger, Kick e Bond.
PENEIRAMENTO
MOAGEM
Modelo Função Diâmetro Médio
GGS
RRB
Para o cálculo do diâmetro testamos o modelo GGS e o RRB através do equacionamento abaixo:
O diâmetro de Sauter é calculado através da equação abaixo:
i i
i
DX
D1
Eq. (21)
m
P K
DX
Eq. (17)
)))'/((exp(1 nP DDX Eq. (19)
K*m
1mDp
_
Eq. (18)
))/1(1('
'_
n
DDP
Eq. (20)
26
27
LEIS EMPÍRICAS DA MOAGEM
Lei de Kick:
Lei de Rittinger:
Lei de Bond:
KK, KR e KB são constantes e dependem da natureza do material e
do tipo de equipamento
Eq. (22)
Eq. (23)
Eq. (24)
E = KK log (D1/ D2)
E = KR (1/D2 – 1/ D1)
E = KB [1/ (D2)½]
30
OBJETIVO
Caracterizar sólidos de diferentes granulometrias;
Determinar diâmetro da terra diatomácea;
Determinar a eficiência do elutriador;
Relacionar a velocidade terminal com modelos de ajuste.
065,0/log843,0
1K
88,431,52
K
As equações utilizadas para os regimes de Stokes e Newton são as seguintes:
onde: n = 1,2
32
)-(
34Re/
vf
gfs
DC
Eq. (25)
Eq. (27)
Eq. (28)
31
Eq. (26)
nn
CD
Kn
CDK
1
Re/22
Re)/(*1
24Re
A eficiência da elutriação é calculada pela equação:
2
1
1**)(
**18
Kg
vDp
fs
gvK
DfS
fP
2
2
4
3
%100total
elutriada
m
m
Calculado o número de Re, se Re<0,5, o regime é de Stokes, e o equacionamento usado é:
Se 103 < Re < 5* 104 tem-se o regime de Newton, e a expressão utilizada para a determinação do diâmetro da partícula é:
Eq. (29)
Eq. (30)
Eq. (31)
32
35
OBJETIVO
Determinar as constantes de permeabilidade de um leito
particulado de polietileno e de areia fina pelo método do
permeâmetro, e comparar os resultados obtidos
experimentalmente com dados teóricos.
36
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
A permeabilidade pode ser quantificada pela equação
de Forcheimer:
2
21Vs
kVs
kL
P
Eq. (32)
37
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Na configuração do permeâmetro a Equação de Darcy
em escoamento incompressível toma a forma:
VskL
P Eq. (33)
38
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Sendo que a velocidade superficial está relacionada
com a velocidade média, chega-se ao número de Reynolds
para leitos empacotados:
)1(64
Re
vDpEq. (34)
42
OBJETIVO
Obtenção de curva característica para o leito;
Determinação da velocidade mínima de fluidização.
Equação de Ergun
3
2
322
2 )1('75,11150
p
mf
p
mf
mf D
v
D
v
L
P
Eq. (36)
45
Objetivos
Identificar o tipo de ciclone utilizado;
Determinar o diâmetro de corte do ciclone;
Calcular as velocidades de entrada e no interior do ciclone;
Determinar as perdas de carga teórica e experimental;
Determinar as eficiências real e global.
Ciclones
Lapple Stairmand
Bc/Dc 0,25 0,20
D0/Dc 0,50 0,50
Hc/Dc 0,50 0,50
Lc/Dc 2,0 1,50
Sc/Dc 0,62 0,50
Zc/Dc 2,0 2,50
Du/Dc 0,25 0,37Figura: Ciclone Lapple.
Tabela 1: Configuração dos ciclones a gás.
46
47
Equações Básicas
2
1
FS
cc Q
DDKD
Eq. (37)cc
entrada HB
Qv Eq. (38)
42c
dentro D
Qv
Eq. (39)
nDDeDX '1 Eq. (42)
18
2
1
gDKv FS
t
Eq. (43)
1
0
dXI Eq. (44)
214 vP Eq. (40) ciclonehgerimentalP exp Eq. (41)
100massatotal
etormassadocol Eq. (46) 100
'
'322,081,1118,0
11,1
D
D
DDnn
n
I Eq. (45)