Operacoes_Unitarias_na_Indústria_Química

ARMIN FRANZ ISENMANN 
 
 
 
 
OPERAÇÕES UNITÁRIAS 
 
NA INDÚSTRIA QUÍMICA 
 
 
 
 
1a edição 
 
 
 
 
 
Timóteo, MG 
Edição do Autor 
2012 
 
 
A. Isenmann Operações Unitárias 
2 
 
 
\uf6d9 Os direitos neste texto são exclusivamente com o autor. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Isenmann, Armin Franz 
Operações unitárias na indústria química / Armin Franz Isenmann - 
Timóteo, MG : 
2012. 1a Edição 
 
Bibliografia 
ISBN 978-85-913050-2-5 
 
 
 
 
 
 
 
CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS 
GERAIS 
CAMPUS TIMÓTEO 
 
 
Disciplina: Operações Unitárias 
Turma: QUI 3 
Prof. Armin Isenmann 
Traduzido com permissão e completado, 
de uma apostila de Prof. Peter Hugo, Universidade Técnica de Berlim 
 
1 O que são Operações Unitárias?......................................................................................... 6 
2 Fluxo de matéria................................................................................................................. 7 
2.1 Dados dos materiais, grandezas e unidades ............................................................... 7 
2.2 Propriedades dos Fluidos ........................................................................................... 9 
2.3 A viscosidade ........................................................................................................... 10 
2.3.1 Viscosidade em gases....................................................................................... 13 
2.3.2 Viscosidade de líquidos.................................................................................... 14 
2.4 Fluxo tubular e perda de pressão em peças .............................................................. 15 
2.4.1 Fluxo laminar em tubos.................................................................................... 16 
2.4.2 Perda de pressão e números adimensionais...................................................... 21 
2.4.3 Fluxo turbulento dentro do tubo....................................................................... 23 
2.4.4 Perda de pressão em peças e sistemas tubulares .............................................. 28 
2.5 Balanço do transporte do fluido ............................................................................... 30 
2.5.1 Equações de balanço ........................................................................................ 30 
2.5.2 Medição da vazão............................................................................................. 33 
2.5.3 Transporte de líquidos via bombas................................................................... 42 
2.6 Bombas..................................................................................................................... 45 
2.6.1 Bombas de deslocamento ................................................................................. 46 
2.6.2 Bombas centrífugas .......................................................................................... 48 
2.7 Transporte de gases .................................................................................................. 50 
2.8 Fluxo em leitos fixos ................................................................................................ 54 
2.8.1 Exemplos e definições...................................................................................... 54 
2.8.2 Cálculo da perda de pressão em leitos fixos - considerações gerais ................ 57 
2.8.3 Perda de pressão em leitos fixos - o caminho. ................................................. 58 
2.9 Fluxo em leitos fluidizados ...................................................................................... 60 
A. Isenmann Operações Unitárias 
4 
2.10 Agitação mecânica ................................................................................................... 65 
2.10.1 Apresentação dos tipos de agitadores............................................................... 66 
2.11 Métodos mecânicos de separação ............................................................................ 78 
2.11.1 Sedimentação e centrifugação .......................................................................... 79 
2.11.2 Centrifugação ................................................................................................... 83 
2.11.3 Filtração............................................................................................................ 86 
2.11.4 Princípios da filtração....................................................................................... 86 
3 Números adimensionais e análise dimensional ................................................................ 94 
3.1 Objetivo dos cálculos e balanços em processos industriais ..................................... 94 
3.2 Teoria do modelo e semelhança física ..................................................................... 95 
3.3 Análise dimensional ................................................................................................. 97 
4 Fluxo de calor................................................................................................................. 101 
4.1 Importância técnica ................................................................................................ 101 
4.2 Unidades, valores específicos, equações de transporte .......................................... 103 
4.2.1 Condução de calor .......................................................................................... 104 
4.2.2 Transporte de calor por convecção................................................................. 106 
4.2.3 Transporte de calor por radiação .................................................................... 106 
4.3 Transferência de calor e transmissão de calor........................................................ 109 
4.3.1 Convecção livre e forçada .............................................................................. 109 
4.3.2 Definições de transferência e transmissão de calor........................................ 111 
4.3.3 Análise dimensional e números adimensionais da transição de calor............ 115 
4.3.4 Transição de calor envolvendo os processos de evaporação e condensação . 119 
4.4 Trocadores de calor ................................................................................................ 123 
4.5 Transição de calor e Scale-up de bateladas com temperatura controlada .............. 130 
5 Métodos térmicos de separação...................................................................................... 134 
5.1 Destilação e retificação, no contexto dos métodos térmicos de separação ............ 134 
5.2 Fundamentos da termodinâmica............................................................................. 135 
5.2.1 Dependência da temperatura de ebulição da pressão externa ........................ 135 
5.2.2 Misturas binárias ideais .................................................................................. 137 
5.2.3 Misturas binárias não ideais ........................................................................... 142 
5.3 Destilação simples.................................................................................................. 145 
5.4 Retificação.............................................................................................................. 146 
5.5 Balanço de uma coluna de retificação em operação contínua................................ 148 
5.5.1 Determinação do número de pratos teóricos, segundo o método de McCabe-
Thiele 154