pratica evaporadores

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PRÁTICA ABSORÇÃO GÁS - LÍQUIDO
Dra. Rejane Barbosa Santos
Arthur Arantes
Carolina Vitorino
Ezequiel Marcos
Thais Ferreira
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OBJETIVO DA PRÁTICA
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A prática tem como objetivo didático estudar um processo de absorção sem reação química (Coluna de Umidificação ar-água) a partir de operação e análise do funcionamento da coluna de absorção líquido-gás com aneis de Raschig.
A prática visa:
Determinar parâmetros de eficiência como alturas de unidades de transferência (HTU) e os coeficientes de transferência de massa;
Avaliar influências operacionais como vazão de líquido e tipo de recheio.
a
EQUIPAMENTOS E MATERIAIS
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Figura 2: – Coluna de Absorção Líquido-Gás (Modelo LGI):
Fonte: 
A coluna é totalmente transparente para proporcionar a visualização dos fenômenos fluidodinâmicos envolvido nas fases líquida e gasosa.
Características:
Diâmetro interno: 50mm, módulos de 100mm de altura
Recheio: Anéis Raschig
Isolamento térmico a vácuo
a
EQUIPAMENTOS E MATERIAIS
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Figura 3: – Locais dos Acessórios nos Módulos Didáticos - Parte inferior
Fonte: 
Componentes:
Reservatório de Descarte de Produto de Fundo
Reservatório para Solução Absorvente 
 Reservatório para Solução Absorvente
Válvula VB1
Válvula VB2 
Válvula VB3 
EQUIPAMENTOS E MATERIAIS
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Figura 4: Locais dos Acessórios nos Módulos Didáticos - Parte inferior.
Fonte:
Componentes:
7.   Reservatório de Descarte de Produto de Fundo
10. Módulo de Fundo
11. Coluna de Absorção
12. Módulo de Topo
13. Rotâmetro Ar
14. Rotâmetro CO2
15. Bomba Peristáltica
18. Vacuômetro
20. Psicrômetro
21. Painel Elétrico
8, 9, 16, 17 e 19.  Válvulas  
POCEDIMENTO EXPERIMENTAL
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PREPARAÇÕES
Isolamento Térmico da Coluna
Objetivo: Minimizar perdas de calor para o ambiente.
Passos:
Fechar a válvula de alívio de vácuo (VAv).
Ligar a bomba de vácuo (via painel IHM) e monitorar o vacuômetro até atingir -650 mmHg.
Desligar a bomba e verificar se a válvula de retenção (VBv) trava automaticamente.
Observação: Se o vácuo cair durante o experimento, religar a bomba.
POCEDIMENTO EXPERIMENTAL
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PREPARAÇÕES
Preparação do Psicrômetro
Objetivo: Medir a umidade absoluta do ar.
Passos:
Encher o reservatório do bulbo úmido com água filtrada (usando seringa).
Conectar o psicrômetro aos pontos de amostragem da coluna.
Configuração dos Reservatórios
Objetivo: Garantir fluxo contínuo de água.
Passos:
Encher o Reservatório 1 com água filtrada.
Abrir as válvulas VB1 e VB2 (alimentação).
Fechar VB3 (fundo) e VB5 (dreno).
POCEDIMENTO EXPERIMENTAL
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OPERAÇÃO DA COLUNA
Regulação de Vazões
Vazão de Ar (G):
Ajustar no rotâmetro para 9 L/min (Experimentos 1 e 2) ou 27 L/min (Experimentos 3 e 4).
Vazão de Água (L):
Controlar via bomba peristáltica (50 mL/min ou 150 mL/min).
Estabilização do Sistema
Ligar o painel elétrico e aguardar 10-15 min para equilíbrio térmico.
Tamponar todas as saídas de ar laterais ("traps").
Abrir a válvula de topo (Vr) para controle de pressão.
POCEDIMENTO EXPERIMENTAL
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OPERAÇÃO DA COLUNA
Coleta de Dados
Temperaturas:
Medir em entrada, saída e módulos intermediários (PT-100).
Umidade Absoluta:
Conectar o psicrômetro ao ponto de amostragem desejado.
Esperar 3-5 min para estabilização.
Registrar temperaturas de bulbo seco e úmido.
Calcular umidade absoluta usando cartas psicrométricas.
POCEDIMENTO EXPERIMENTAL
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SEQUÊNCIA EXPERIMENTAL
POCEDIMENTO EXPERIMENTAL
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FINALIZAÇÃO
Desligar a bomba peristáltica e fechar o rotâmetro de ar.
Quebrar o vácuo: Abrir VAv para equalizar pressão.
Exportar dados: Salvar leituras de temperatura e umidade no pendrive (via IHM).
POCEDIMENTO EXPERIMENTAL
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OBSERVAÇÕES IMPORTANTES
Controle de Nível:
Ajustar o regulador de nível no módulo de fundo para manter ~50% de água (evitar passagem direta de ar).
Problemas Comuns:
Variação de nível: Reajustar o regulador se houver queda excessiva.
Desuniformidade no recheio: Verificar se há obstruções nos anéis de Raschig.
FUNDAMENTOS DA ABSORÇÃO GÁS - LÍQUIDO
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Operação unitária que separa componentes gasosos usando um solvente líquido.
Gradiente de concentração entre as fases gasosa e líquida são a força motriz da transferência 
Absorção física: sem reação. Ex: umidificação ar – água 
Absorção química: com reação. Ex: CO2 + NaOH  Na2CO3
Aplicação no experimento: umidificação do ar em contato com água em uma coluna de recheio
FUNDAMENTOS DA ABSORÇÃO GÁS - LÍQUIDO
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Figura 9: Coluna de absorção.
Figura 9: Coluna de absorção.
Fonte: Pereira, 2013.
Fonte: Pereira, 2013.
PSICROMETRIA E UMIDADE DO AR
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Temperatura de bulbo seco (TBS): Temperatura real do ar (medida com termômetro comum).
Temperatura de bulbo úmido (TBU): Temperatura medida com um termômetro envolto em tecido úmido (indica o potencial de evaporação).
Cálculo da umidade absoluta (H): usando a equação psicrométrica ou cartas.
Medir a eficiência da umidificação comparando H na entrada e saída da coluna.
TRANFERÊNCIA DE MASSA
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Teoria dos dois filmes: Resistência à transferência concentrada nas interfaces gás-líquido (filme gasoso e líquido).
Coeficiente global de transferência de massa (Ky): 
Relaciona a taxa de transferência e a força motriz 
Influenciado pela vazão do gás, tipo de recheio, temperatura
 
Figura 10: Perfil de concentrações junto à interface gás-líquido.
Fonte: Ribeiro, 2013.
PARÂMETROS DE EFICIÊNCIA DA COLUNA
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Altura de Unidade de Transferência (HTU): Altura da coluna necessária para uma unidade de transferência de massa. 
Quanto menor o HTU, mais eficiente é a coluna.
Número de Unidades de Transferência (NTU): Quantidade de estágios teóricos necessários para a separação.
EFEITO DAS VARIÁVEIS OPERACIONAIS
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Vazão do gás (G) e líquido (L):
G/L alta: menor tempo de contato e possível arraste
G/L baixa: aumenta o tempo de contato e a transferência de massa
Temperatura: afeta a solubilidade do gás no líquido e a umidade de equilíbrio (H)
CÁLCULO E RESULTADOS ESPERADOS
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Os cálculos e resultados têm início com a coleta de dados dos experimentos. O processo começa com a definição do set point de temperatura, que deverá ser de 100°C. Esse valor deve ser aplicado ao IHM – Interface Humano Máquina.
Figura 26: Painel IHM.
Fonte: Adaptado de Santos, 2023.
CÁLCULO E RESULTADOS ESPERADOS
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Início do processo de evaporação
Quando o etanol começa a evaporar, o cronômetro é iniciado 
(passo J).
Isso marca o momento em que o solvente começa a ser removido da solução dentro do evaporador.
Figura 27: Tubo conectante e funil cilíndrico.
Monitoramento contínuo
Aguarda-se cerca de 5 minutos (passo L) antes de coletar mais 20 mL.
O tempo necessário para coletar esse novo volume é registrado.
Isso ajuda a verificar se a taxa de remoção está constante ou variando ao longo do tempo.
Fonte: Adaptado de Santos, 2023.
CÁLCULO E RESULTADOS ESPERADOS 
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Determine a taxa de remoção em regime permanente e então estime o tempo necessário para que a concentração de etanol atinja, por exemplo, 0,2 g/L.
CÁLCULO E RESULTADOS ESPERADOS
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Com os valores coletados, agora iremos iniciar os cálculos:
1)
2)
3)
ANÁLISE DOS RESULTADOS 
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Tabela 1: Experimento batelada.
Fonte: Adaptado de Santos, 2023.
ANÁLISE DOS RESULTADOS
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Gráfico 1: Taxa de remoção pelo tempo acumulado
Gráfico 2: Concentração pelo tempo acumulado
Fonte: Adaptado de Santos, 2023.
Fonte: Adaptado de Santos, 2023.
DISCUSSÃO E APLICAÇÕES
Comparação Teórico-Prática:
Discrepâncias devido a:
Perdas térmicas 
Eficiência incompleta 
Variações na concentração em batelada
Entrainment: Arraste de gotículas de solução no vapor, que requer separadores eficientes.
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Figura 28: Termômetro analógico.
Fonte: Imagem gerada pro I.A., 2025.
DISCUSSÃO E APLICAÇÕES
Parâmetros Críticos:
Pressão de vácuo: pressão, ponto de ebulição x consumo energético;
Temperatura do vapor de aquecimento:  degradação termossensíveis x eficiência.
DISCUSSÃO E APLICAÇÕES
Aplicações Industriais:
Indústria alimentícia: Concentração de sucos, leite e caldos (ex.: produção de leite condensado).Indústria de biocombustíveis. 
Controle a taxa de evaporação através da temperatura e da pressão (eficiência).
Desafios Industriais:
Formação de incrustações
Entrainment: 
Controle automático.
DISCUSSÃO E APLICAÇÕES
Implicações Práticas:
Otimização energética: A escolha entre operação contínua ou batelada: custo de energia vs. Produtividade.
Sustentabilidade: A recuperação de solventes
Líquidos voláteis 
Sensíveis ao calor. 
Controle preciso.
Com seu design de tubos curtos e operação em batelada:
Conclusão
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Objetivo Cumprido:
Entender a operação de evaporadores;
Visualização de fenômenos ;
Relevância na Engenharia Química;
Conexão teoria-prática;
Habilidades desenvolvidas:
Operação de equipamentos sob vácuo.
Análise crítica de dados experimentais vs. modelos teóricos.
Identificação de variáveis críticas para otimização de processos.
DÚVIDAS ?
REFERÊNCIAS 
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RIBEIRO, Catarina da Silva Espada. Redimensionamento de uma torre de absorção de SO₂. 2013. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Universidade de Aveiro, Departamento de Química, Aveiro, 2013.
SOUZA, Katia. Absorção gasosa. [S. l.]: SlideShare, 15 jun. 2013. Disponível em: https://pt.slideshare.net/slideshow/absoro-gasosa/23034527#1. Acesso em: 16 abr. 2025.
SANTOS, Rejane. Prática 08 – Absorção Gás - Líquido. Pouso Alegre: Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Sul de Minas Gerais – IFSULDEMINAS, 2023.
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