UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE

    CENTRO DE TECNOLOGIA

    DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA

     

     

    DISCIPLINA: Operações Unitárias II
    NO. DE CRÉDITOS    : 04

    PROFESSOR RESPONSÁVEL: Márcia Maria Lima Duarte SEMESTRE: 2002.1

    PRÉ-REQUISITO: Fenômenos de Transporte, Princípios dos Processos Químicos II
    CARGA HORÁRIA    : 60 h

     

     

    OBJETIVOS:

    Habilitar o graduando a dimensionar, avaliar, selecionar e desenvolver projetos de diversos equipamentos/aparelhos envolvidos nas operações unitárias da indústria química que envolvem a transferência de calor.

     

    EMENTA:

    Trocadores de calor: equipamentos, seleção, teoria, cálculos. Evaporação: equipamentos, seleção, teoria, cálculos. Psicrometria: terminologia, cartas psicrométricas. Umidificação: equipamentos, processos de umidificação, desumidificação e resfriamento, cálculos. Secagem: equipamentos, seleção, teoria, cálculos. Cristalização. equipamentos, seleção, teoria, cálculos.

     

    PROGRAMA:

    Trocadores de calor:

    Introdução.

    Equipamento industrial de troca térmica:     Trocador de calor tubular. Trocador de casco e tubo. Trocador de calor com superfície ampliada. Trocador de calor compacto.

    Cálculos de trocador de calor:     Coeficientes de transferência de calor. Média logarítmica da diferença de temperatura.

    Trocadores de calor com tubo duplo:     Coeficientes peliculares para fluidos em canos e tubos. Fluidos que escoam no espaço anular de tubos concêntricos. Coeficientes peliculares para fluidos em seções anulares. Fatores de incrustação. Queda de pressão em tubos e em tubos anulares.

    Trocador de calor com tubo duplo com ligações em série e em paralelo    . Trocadores de casco e tubos: Trocador de calor multipasses e com correntes cruzadas. Coeficientes do lado do casco. Vazão mássica através da carcaça. Disposição dos tubos. Diâmetro equivalente do lado da carcaça. A verdadeira diferença de temperatura num trocador 1-2. Queda de pressão no lado da carcaça. Incrustações. Coeficientes do lado do tubo. Queda de pressão no interior do tubo.

    Unidades de transferência e     efetividade de trocadores de calor: Definições. Relações e e NUT.

    Trocadores de calor compactos.     [3, 5-6, 8]

    Evaporação:

    Introdução.

    Tipos de equipamentos de evaporação:     Tipos gerais.

    Métodos de operação    . Desempenho de evaporadores: Capacidade do evaporador. Elevação do ponto de ebulição. Gráficos de entalpia-concentração de soluções. Efeito da profundidade de líquido e do atrito na queda de temperatura.

    Coeficientes globais de transferência de calor em evaporadores: Economia do evaporador.

    Métodos de cálculo para evaporadores de simples efeito:     Balanço de calor e massa. Efeitos das variáveis de processo na operação do evaporador.

    Métodos de cálculo para evaporadores a múltiplos efeitos:     Queda de temperatura em evaporadores a múltiplo efeito. Capacidade de evaporadores a múltiplo efeito. Capacidade e economia de evaporadores a múltiplo efeito. Efeito da altura de líquido e da EPE. Número ótimo de efeitos. Cálculos para evaporadores a múltiplo efeito. Métodos de cálculo, passo a passo, para evaporadores a triplo efeito. [4, 7]

    Psicrometria e Umidificação:

    Introdução.

    Terminologia:     Umidade absoluta. Ar saturado. Umidade de saturação. Porcentagem da umidade absoluta. Porcentagem da umidade relativa. Saturação relativa e porcentagem de saturação. Ponto de orvalho. Calor úmido. Volume úmido. Volume saturado. Entalpia total de uma mistura de ar-vapor de água.

    Temperatura de saturação adiabática:     linhas de saturação adiabática.

    Temperatura de bulbo úmido.     Relação entre temperatura de bulbo úmido e de saturação adiabática. Uso de cartas psicrométricas: Nomenclatura usada em cálculos envolvendo o sistema ar-vapor de água. Uso de cartas psicrométricas em pressões diferentes da atmosférica

    Medida de umidade: Método do ponto de orvalho. Método do termômetro úmido. Psicrômetro. Higrômetros. Método gravimétrico.

    Equipamentos:     Torre de resfriamento. Umidificadores e desumidificadores.

    Teoria e cálculo do processo de umidificação:     Mecanismo de interação de gás e líquido. Equações para os contatos gás-líquido. Sistema ar-água. Umidificação adiabática. [4, 7-8]

    Secagem:

    Introdução.

    Equipamentos para secagem.     Teor de umidade de equilíbrio de materiais: Dados experimentais de teor de umidade de equilíbrio para materiais inorgânicos e biológicos. Água ligada e desligada em sólidos. Umidade livre e de equilíbrio de uma substância.

    Curvas de secagem:     Métodos experimentais. Curvas de secagem para condições de secagem constantes. Secagem no período de velocidade de secagem constante e de velocidade decrescente. Movimentos da umidade em sólidos durante a secagem no período de velocidade decrescente.

    Métodos de cálculo para o período de velocidade de secagem constante.     Método que usa a curva de secagem experimental. Método que usa os coeficientes de transferência previstos para o período de velocidade de secagem constante. Efeito das variáveis de processo no período de velocidade de secagem constante.

    Métodos de cálculo para o período de secagem com velocidade de secagem decrescente:     Método que usa a integração gráfica. Métodos de cálculo para casos especiais.

    Equações para vários tipos de secadores:     Secagem por circulação em leitos empacotados. Secagem por bandeja com variação das condições do ar. Balanços de material e de calor para secadores contínuos. Secagem contínua a contracorrente. [4]

    Cristalização:

    Introdução.

    Equipamentos para cristalização:     Cristalizadores tipo tanque. Cristalizadores de superfície não-lisa. Cristalizador-evaporador de líquido circulante. Cristalizador a vácuo de magma circulante.

    Tipos de geometria de cristais. Solubilidade de equilíbrio. Balanços de material. Efeitos térmicos e balanços térmicos. Teoria da cristalização:     Teorias da nucleação. Taxa de crescimento de cristal e a lei DL. Distribuição de tamanho de partícula de cristais. Modelos para cristalizadores. [4]

     

     

    BIBLIOGRAFIA BÁSICA:

    Coulson, J. M.; Richardson, J. F.; BACKHURST, J. R.; HARKER, J. H. Fluid Flow, Heat Transfer and Mass Transfer, in Coulson & Richardson Series - Chemical Engineering, Vol. 1, 5th ed., Pergamon Press, Oxford, 1996.

    Coulson, J. M.; Richardson, J. F.; BACKHURST, J. R.; Harker, J. H. Particle Technology and Separation Process, in Coulson & Richardson Series - Chemical Engineering, Vol. 2, 4th ed., Pergamon Press, Oxford, 1993.

    FOUST, A. S.; Wenzel, L. A.; CLUMP, C. W.; MAUS, L.; ANDERSON, L. B. Princípios das Operações Unitárias, 2ª ed., Guanabara Dois, Rio de Janeiro, 1982.

    Geankoplis, C. J. Transport Processes and Unit Operations, 3rd ed., Prentice-Hall International Editions, New Jersey, 1993.

    INCROPERA, F. P.; De WITT, D. P. Fundamentos de Transferência de Calor e Massa, 3ª ed., LTC, Rio de Janeiro, 1992.

    KERN, D. Q. Processos de Tranmissão de Calor, Guanabara Dois, Rio de Janeiro, 1980.

    McCABE, W. L.; Smith J. C.; Harriot, P. Unit Operations of Chemical Engineering, 5th ed., McGraw- Hill, New York, 1993.

    PERRY, R. H.; CHILTON, C. H. Manual de Engenharia Química, Guanabara Dois, Rio de Janeiro, 1980.

    PERRY, R. H.; GREEN, D. W. Perry’s Chemical Engineers’ Handbook, 7th ed., McGraw-Hill, New York, 1997.

    Sinnot, R. K. An Introduction to Chemical Engineering Design, in Coulson & Richardson Series - Chemical Engineering, Vol. 6, Pergamon Press, Oxford, 1986.