1 LISTA DE EXERCÍCIOS -PQI

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1ª LISTA DE EXERCÍCIOS – PROCESSOS QUIMICOS INDUSTRIAIS
Filipe Siman Assis Alves
QUESTÃO 1 - O que é um processo químico? Dê 3 exemplos.
Processo químico é qualquer operação ou conjunto de operações coordenadas que causam uma transformação química ou física em um material ou misturas de materiais com o objetivo de obtenção de produtos desejados a partir de matérias-primas selecionadas ou disponíveis.
Três exemplos de processo químico, descritos no livro “Indústrias de Processos Químicos” de Shreve e Brink Jr são: Indústrias do nitrogênio, Indústria de polpa e papel e Refinação de petróleo.
QUESTÃO 2 - Quais são os tipos de fluxogramas? Diferencie cada um deles.
Existem 3 tipos de fluxograma, o fluxograma de blocos, que são uteis na conceitualização de um processo ou de um número de processos em um grande complexo, onde pouca informação sobre as correntes é fornecida, mas uma clara visão geral do processo é apresentada. No fluxograma de blocos as operações ou processos unitários são denotados por um bloco simples ou retângulo, e grupos de operações unitárias podem ser denotados por apenas um bloco simples. As correntes de fluxo do processo entrando e saindo dos blocos são representadas por setas que devem indicar a direção do fluxo, e para facilitar o entendimento do processo tanto os blocos quanto as setas devem estar devidamente rotuladas com o nome do processo ou nome do material/produto.
O fluxograma de processos é mais bem detalhado, e da uma visão mais técnica de todas as operações unitárias presentes no processo, nesse fluxograma, todas as operações unitárias tem um desenho específico característico, o fluxo de setas é o mesmo que o fluxograma de blocos, porém, é detalhado o uso de bombas, trocadores de calor, entre outras operações que guiam o fluxo do calor ou alteram alguma característica desse fluxo.
Um diagrama de tubulação e instrumentação exibe os componentes da tubulação (por exemplo, equipamentos, válvulas, redutores e assim por diante) de um fluxo de processamento físico real, se assemelha as telas sinóticas de controle de operação utilizadas em indústrias, onde é feito o controle de vazão dos fluxos presentes no processo. 
QUESTÃO 3 - Cite 6 recomendações para fazer um fluxograma de bloco claro e objetivo.
1. As operações ou processos unitários devem ser denotados por um bloco simples ou um retângulo;
2. Grupos de operação unitárias que representam um processo mais complexo podem ser denotados por um bloco simples;
3. As correntes de fluxo devem ser representadas entrando e saindo dos blocos por linhas retas, com cuidado para não se cruzarem de maneira que o fluxograma fique confuso;
4. A direção do fluxo deve ser indicada por setas;
5. As operações unitárias (blocos), e as correntes de fluxo devem ser rotuladas;
6. Se possível, o diagrama deve ser arrumado de maneira que o fluxo siga o sentido da esquerda para a direita.
QUESTÃO 4 - Quais são os componentes básicos do cimento? (Informe fórmula molecular, nome e abreviação)
Os 4 componentes principais do cimento são a Alita (3CaO. SiO2), a Belita (2CaO. SiO2), o Aluminato (3CaO. Al2O) e a Ferrita (4CaO. Al2O3. Fe2O3).
QUESTÃO 5 - Quais são os tipos de cimentos existentes? Descreva cada um deles.
O mercado nacional dispõe de 8 tipos de cimentos para os mais variados tipos de obra, eles são:
· CP-I – Que é o tipo mais básico de cimento Portland, indicado para o uso em construções que não requeiram condições especiais e não apresentem ambientes desfavoráveis como exposição às águas subterrâneas, esgotos, água do mar ou qualquer outro meio com presença de sulfatos.
· CP I-S – Que tem adição de material carbonático, que confere a ele menor permeabilidade.
· CP II-E – Os cimentos CP II são ditos compostos pois apresentam, além da sua composição básica (clínquer + gesso), a adição de outro material. O CP II-E contém adição de escória granulada de alto—forno, o que lhe confere a propriedade de baixo calor de hidratação. É recomendado para estruturas que exijam um desprendimento de calor moderadamente lento.
· CP II-Z – Que contém adição de material pozolânico que varia de 6 % a 14 % em massa, o que confere ao cimento menor permeabilidade, sendo ideal para obras subterrâneas, principalmente com presença de água, inclusive marítimas. O cimento CP II-Z, também pode conter adição de material carbonático no limite máximo de 15 % em massa.
· CP II-F – Que é recomendado desde estruturas em concreto armado até argamassas de assentamento e revestimento, porém não é indicado para aplicação em meios muito agressivos.
· CPIII – Que contém adição de escória, que lhe confere propriedades como: baixo calor de hidratação, maior impermeabilidade e durabilidade, sendo recomendado tanto para obras de grande porte e agressividade (barragens, fundações de máquinas, obras em ambientes agressivos, tubos e canaletas para condução de líquidos agressivos, esgotos e efluentes industriais, concretos com agregados reativos, obras submersas, pavimentação de estradas, pistas de aeroportos, etc.) como também para aplicação geral em argamassas de assentamento e revestimento, estruturas de concreto simples, armado ou protendido.
· CP IV – Que contém adição de pozolana. Este alto teor de pozolana confere ao cimento uma alta impermeabilidade e consequentemente maior durabilidade. O concreto confeccionado com o CP IV apresenta resistência mecânica à compressão superior a o concreto de cimento Portland comum à longo prazo. É especialmente indicado em obras expostas à ação de água corrente e ambientes agressivos.
· CP V-ARI – Que é produzido com um clínquer de dosagem diferenciada de calcário e argila se comparado aos demais tipos de cimento e com moagem mais fina. Esta diferença de produção confere a este tipo de cimento uma alta resistência inicial do concreto em suas primeiras idades. É recomendado o seu uso, em obras onde seja necessário a desforma rápida de peças de concreto armado.
QUESTÃO 6 - A fabricação do clínquer Portland pode ser dividida, basicamente, em quatro tipos de processos. Qual é o mais utilizado? Justifique.
O processo mais utilizado atualmente é o processo de via seca, pois proporciona um uso mais eficiente de energia, já que não há necessidade de calor adicional para evaporar a água do cru, que ocorre no processo de via úmida, onde as matérias-primas são moídas e homogeneizadas com a adição de água.
QUESTÃO 7 - A alita é formada antes da belita. Esta afirmação é falsa ou verdadeira? Justifique sua resposta.
A afirmação é falsa, a belita pode ser encontrada já na zona de calcinação, onde a decomposição dos carbonatos forma CaO, e a reação deste composto com a sílica forma a Belita. A alita só irá se formar na zona de queima, pela reação entre a belita e o óxido de cálcio.
QUESTÃO 8 - A transformação físico-química do clínquer é subdividida em 4 etapas. Quais são elas? Indique em qual equipamento onde ocorre cada uma delas. Disserte sobre as quatro etapas.
A transformação físico-química do clínquer tem início na zona de calcinação (400 a 1000 oC), onde ocorre a formação do CaO, através da decomposição dos carbonatos presentes na farinha, nesta etapa ocorrerá também a formação de belita, um dos componentes principais do clínquer através da reação entre o CaO e a sílica presente na farinha, nesta etapa também ocorre a formação dos aluminatos de ferratos de cálcio, através da reação do CaO com alumínio e ferro.
Na zona de transição (800 a 1300 oC), a decomposição dos carbonatos continua, gerando CaO que irá reagir com a sílica, alumínio e ferro, formando mais belita, aluminato e ferrato de cálcio.
Na zona de queima (1300 a 1380 oC) ocorre a fusão dos ferratos e aluminatos de cálcio, e nas temperaturas entre 1250 e 1500 oC ocorre a formação de alita através da reação entre a belita e o CaO.
Na zona de resfriamento o clínquer quente é bruscamente resfriado, acarretando na solidificação dos materiais fundidos na zona de queima (aluminato e ferrato de cálcio).
QUESTÃO 9 - Os carros convencionais, que utilizam combustíveis fósseis como fonte de propulsão,são uma ameaça ao meio ambiente, pois emitem gases poluentes, como o gás carbônico, responsável pelo agravamento do efeito estufa. O hidrogênio é o novo combustível utilizado em alguns novos lançamentos no mundo automobilístico. Explique o funcionamento de um carro movido hidrogênio (na explicação inclua o mecanismo de funcionamento da célula).
O carro movido a hidrogênio utiliza um motor elétrico, alimentado pela energia gerada através da reação que ocorre na célula de combustível, onde há a entrada de oxigênio proveniente do ar e hidrogênio que é armazenado no tanque, o hidrogênio é injetado no anodo e o oxigênio é injetado no catodo, os eletrodos forçam a reação de oxidação no hidrogênio e a redução no oxigênio, formando íons H+ e O2-, entre eles há um eletrólito que permite a passagem dos íons H+ que ao se encontrarem com os íons O2- formam H2O, enquanto essa movimentação de elétrons pelos eletrodos geram energia, que alimenta o motor elétrico, além disso os carros tem também uma bateria para armazenar energia da desaceleração do carro, e uma unidade de controle que regula as funções das células de combustível e da bateria.
QUESTÃO 10 - A geração do hidrogênio pode ser por via de fontes renováveis ou não renováveis. Proponha um fluxograma de blocos da geração de H2 por via renovável.