Fina IOU - 2ª Prova

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Reologia
Reologia e a ciencia que estuda o comportamento dos materiais (fluidos) quando estes sao submetidos a tensoes.Inclui propriedades como: elasticidade, viscosidade e plasticidade.Fluido e uma substancia que sofre deformacao continua quando sujeita a uma forca de cisalhamento. VISCOSIDADE: “Resistencia ao escoamento” Resistencia interna ou atrito interno de uma substancia ao fluxo quando submetida a uma tensao.• Quanto mais viscosa a massa, mais difícil de escoar e maior o seu coeficiente de viscosidade. Os fluidos reais (liquidos, gases, sólidos fluidizados) apresentam uma resistencia a deformacao ou ao escoamento quando submetidos a uma determinada tensao. Para os gases, a viscosidade esta relacionada com a transferencia de impulso devido a agitacao molecular. A viscosidade dos liquidos relaciona-se as forcas de coesao entre as moleculas. Os liquidos viscosos nao possuem forma geometrica definida e escoam irreversivelmente quando submetidos a forcas externas. VISCOELASTICIDADE: Propriedade de materiais que apresentam um comportamento mecânico intermediario entre liquidos viscosos e solidos elasticos, evidenciando tanto caracteristicas viscosas como elásticas. Conhecer as propriedades reológicas e importante: Desenvolvimento de produtos; Controle de qualidade de produto (intermediário e final); Deteminacao da vida-de-prateleira; Avaliacao de dados sensoriais; No calculo de bombas e tubulacoes, agitadores,trocadores de calor, homogeneizadores,extrusores. Historicamente a importancia da reologia na farmacia era apenas como um meio de caracterizar fluidos e semisolidos. Ex: caracterizacao de parafinas.Testes de valor de rendimento (cedencia) para geis de carbomeros foram introduzidos recentemente. O desenvolvimento e a adocao de testes de dissolucao tem aumentado a importancia do conhecimento da viscosidade da solucao uma vez que a viscosidade influencia a dissolucao e absorcao. Metodos avancados de avaliacao de propriedades viscoelasticas de semisolidos e materiais biologicos tem produzido correlacoes uteis com a biodisponibilidade. O conhecimento das propriedades reologicas dos materiais farmaceuticos e fundamental para a preparacao, desenvolvimento e avaliacao de formas de dosagem. Conceitos Fundamentais: Considere: um elemento de volume de um fluido, com a forma de um cubo e a resposta do fluido a uma forca externa aplicada. Existem dois tipos basicos de tensao que podem ser exercidas sobre qualquer material nesse volume: Tensoes normais: agem perpendicularmente a face do cubo. Tensoes de cisalhamento: agem tangencialmente a face do cubo. Desenvolver-se-a uma forca interna, agindo a partir dessa area, que e denominada tensao (σyx ). Viscosidade:1687: Lei de newton T= - ny Onde n e o Coeficiente de Viscosidade Deformacao e gradiente de Newton determinou que para fluidos como agua: V= Vplaca A forca aplicada na placa de area A era proporcional a velocidade da placa. Inversamente proporcional a distancia entre as Placas.Lei de Newton Tensão de Cisalhamento, Taxa de Cisalhamento ou Deformação: Tensao de Cisalhamento: Forca por unidade de área Simbolo: Τ ou σ. Taxa de Cisalhamento: variacao da velocidade por unidade de espessura dv/dy = D. Classificacao dos tipos de fluidos: Fluidos Nao-Newtonianos: Apresentam variacao da viscosidade em funcao da tensão aplicada. Este tipo de fluidos se classifica em duas categorias: a) Fluidos que não necessitam de tensão de cisalhamento inicial (τo ) para escoar: O modelo mais comum aquele descrito pela lei da potencia ou equacao de Ostwald de Waele:K = indice de consistência; n = indice de comportamento do fluido. Podem ser classificados em pseudoplasticos e dilatantes de acordo com o valor de n. Fluido Pseudoplastico: A maioria dos fluidos alimentares podem ser correlacionados com este modelo: sucos, polpas, produtos lacteos , etc. Quando a taxa de deformacao é alta a resistencia fica similar a de um liquido, e nao com a de um solido. Por que aparece um Comportamento Pseudoplastico? Fluidos Dilatantes: Apresentam aumento da viscosidade aparente com o aumento da tensao de cisalhamento. Durante o escoamento o atrito solido-solido aumenta, reduzindo a lubrificacao que o liquido oferece. Em alguns fluidos existe uma “estrutura” no seio do fluido que impede o escoamento (comportam-se como sólidos elásticos). É preciso aumentar a força aplicada para vencer (“quebrar”) essa resistência para conseguir que o fluido escoe. Essa resistência se chama tensão inicial de cisalhamento (Τ0) ou valor de cedência. b) Fluidos que necessitam de uma tensão inicial (τo) para escoar: Plásticos de Bingham: E o mais simples desta categoria. Mostram relacao linear entre tensao de cisalhamento e taxa de deformacao, apos vencer a tensao de cisalhamento inicial (τo). Modelos de fluidos apresentados: Fluidos Nao-Newtonianos dependentes do Tempo de Cisalhamento: Tixotropicos: Quando se mede a viscosidade aparente a tensão constante, observa-se uma queda da viscosidade no tempo (quebra de estrutura). Quando a tensao e retirada a estrutura se recupera. Ex.: suspensoes concentradas, emulsoes, soluções proteicas, petroleo cru, tintas, ketchup. Reopecticos: Neste caso, o efeito contrario e observado: um aumento de viscosidade aparente com o tempo de cisalhamento. Estas substancias apresentam uma estrutura que muda em funcao do tempo.
Nao-Newtonianos: Propriedades Reologicas que dependem do Tempo de cisalhamento.
Viscosímetros de tubo: Podem ser divididos em 3 tipos: Capilar de vidro: Tambem chamado de viscosimetro do tubo em U. Operam sob gravidade e o melhor instrumento para medir a viscosidade de fluidos newtonianos. Normalmente sao de vidro e podem ser encontrados em diferentes formatos, sendo os mais populares: Cannon-Fenske, Ostwald e Ubbelohde. Nao se usam para medir caracteristicas de fluidos não newtonianos porque a forca motriz (a pressao hidrostatica) varia durante a descarga, e isso afeta a viscosidade a ser medida. Tubo capilar,do tipo Cannon Fenske: Principio de operacao: O fluido a ser testado e colocado no reservatorio superior, a partir do qual ele e descarregado através de um tubo capilar, como resultado da forca motriz (gravidade). E medido o tempo de escoamento que normalmente esta entre 5 e 10 minutos. Baseia –se na Equacao de Poiseuille. Onde p: pressão, L: compr do capilar, Q: vazao = volume/tempo, R: raio do capilar, ρ : densidade do fluido. Viscosímetro de queda de esfera ou de Stokes: Principio de operacao: Consiste de um tubo vertical ou inclinado, no qual uma esfera cai sob a forca da gravidade. Essa esfera alcanca uma velocidade limite quando a aceleracao devido a forca da gravidade e exatamente compensada pelo atrito do fluido sobre a esfera. Mede-se entao o tempo de escoamento da bola entre dois pontos pre-determinados (ΔL). Aplicacoes: util na medida de viscosidade de fluidos newtonianos transparentes. Limitacao: Existem esferas de diferentes densidades. O intervalo de medida de viscosidade vai de 20 cP ate 85000 cP). Onde:K= constante de calibração; ρ1= densidade da esfera; ρ2: densidade do liquido; t: tempo de queda.
Viscosímetros rotacionais: Estes instrumentos podem determinar a viscosidade de fluidos newtonianos e não newtonianos contidos entre dois cilindros coaxiais, duas placas paralelas ou geometria de cone-placa. Cilindros concêntricos: Principio de operacao: consiste basicamente de um par de cilindros coaxiais, os quais um gira enquanto o outro permanece estatico. O torque necessario para manter o rotor a uma determinada velocidade e uma medida da taxa de deformacao. Aplicacoes e limitacoes: Podem ser medidas viscosidades de fluidos newtonianos e naonewtonianos. Alguns apresentam efeitos de borda. Onde: M: torque necessario para manter a velocidade angular; H = altura do cilindro; Rcil = raio do cilindro.
No caso da taxa de deformacao existem varios metodos de estimativa, mas o mais simples e o do sistema que assume taxa de deformacao uniforme atraves do anel entre os dois cilindros.
 Viscosímetro de Brookfield: Amplamente utilizado naindustria. Os sensores mais comuns sao discos planos acoplados ao instrumento por um eixo vertical. Principio de medida: Mede-se o torque necessario para manter uma determinada velocidade de rotacao. Cone rotativo e placa fixa: Principio de operacao: Tem o mesmo principio de medida que os cilindros concentricos, porem e mais preciso devido a que a distancia entre as placas pode ser considerada igual a zero, sendo assim a taxa de deformacao e constante no liquido que se encontra entre o cone e a placa. O angulo do cone nao pode ser superior a 4 graus. Aplicacoes e limitacoes: Ideal para medir comportamento reologico de fluidos naonewtonianos a altas taxas de deformacao, porem pode causar aquecimento devido ao atrito. Os efeitos de borda sao despreziveis. E aplicavel em fluidos dependentes do tempo.
Processo de separacao por Membranas
Diferencas entre o processo de filtracao e separação por membranas: Filtracao: Separacao de particulas solidas imisciveis, em uma barreira porosa; Separacao baseada, principalmente, na diferenca de tamanho; Toda a alimentacao atravessa o meio poroso, deixando para tras os contaminantes; A forca motriz e a pressao. Pode separar solidos imisciveis e solutos que se encontram dissolvidos; A membrana atua como uma barreira seletiva permitindo a passagem de determinados componentes enquanto impede a passagem de outros; Uma membrana pode ser definida como uma região de descontinuidade interposta entre duas fases. O fluxo e, preferencialmente, tangencial a membrana; Nem todo o fluido que alimenta o sistema atravessa a membrana; Em alguns casos sao as especies que se deseja separar que atravessam a membrana; Sao produzidas duas correntes, o concentrado e o permeado ou purificado. Membrana e uma barreira seletiva semipermeavel que separa duas fases e restringe, total ou parcialmente, o transporte de uma ou varias espécies quimicas ou substancias presentes nas fases, de uma maneira especifica. Aplicações filtração membranas- indústrias farmacêuticas e de cosméticos: Fracionamento, concentração e purificação de macromoléculas solúveis, tais como: proteínas de plasma, vacinas, polipeptídicos, enzimas e fermentos; Separação e concentração de solutos tais como: antibióticos, vitaminas e ácidos orgânicos; Fracionamento e concentração de sangue, plasma, albumina e globulina; Fracionamento e concentração em fermentação. Purificação e concentração de extratos animais e vegetais para reduzir consumo de agentes de precipitação fracionada (ex. etanol); Dessalinização de compostos orgânicos. Vantagens: menor consumo de energia comparado a processos com mudança de fase; não ocorre perdas por aquecimento; não ocorre perdas de aromas e voláteis; processos e equipamentos são simples; baixo custo. Dificuldades Praticas: Manter a integridade das membranas devido as altas pressoes aplicadas – baixa resistencia mecanica; Deterioracao devido as condicoes de limpeza e sanitizacao – sensivel a agentes acidos, oxidantes; Falta de seletividade para aplicações especificas. Microfiltração/ ultrafiltração/osmose reversa: a diferenca entre os processos e em funcao do tamanho das moleculas a serem separadas;da microfiltracao para a osmose, o tamanho das moleculas diminui e, portanto, o tamanho dos poros deve ser menor, ate ser praticamente inexistente; quanto menor o “tamanho” do poro, maior a resistencia a transferencia de massa oferecida pela membrana e, consequentemente, maior a diferenca de pressao aplicada para que a permeacao ocorra. Tipos de membrana: Membranas simetricas: espessuras de 10-200 Lm. Membranas assimetricas: combinam uma pelicula superficial de poros de menor abertura com uma camada de poros mais abertos. Membranas TFC – compositos de filme fino: formadas por dois tipos de polimeros o que permite otimizar cada camada. Membranas simetricas: espessuras de 10-200 Lm (nao-porosas ou porosas)_a resistencia a transferencia de massa e determinada pela espessura total; uma reducao da espessura permitiria o aumento dos fluxo de permeacao. Osmose: Transporte espontaneo de um solvente a partir de uma solucao diluida para uma solucao mais concentrada, atraves de uma membrana semipermeavel, que permite a passagem do solvente mas impede a passagem dos sais solúveis. Força motora: Diferença de Potencial Químico. Osmose reversa: passagem do solvente de uma solucao mais concentrada através de uma membrana semipermeavel para o lado de menor concentracao. Força motora: Diferença de Pressão. OSMOSE REVERSA: Mecanismo: afinidade entre os componentes e o material da membrana. Força Motriz: diferenca de pressão Aplicada. Membrana: Membrana densa + Diferença de Pressão Escoamento difusivo. Membranas densas o transporte se da por um mecanismo de sorcao e difusao. Aplicações Dessalinificação de águas salobras e marinhas. Desmineralização de agua p/ diversos processos industriais. Tratamento de efluentes industriais, aplicações medicas e farmaceuticas, producao de agua para processos industriais e producao de agua ultrapura para alimentacao de caldeiras. Pressao osmótica:
Coeficiente de pressão osmótica depende do tipo da substancia e de sua concentração. Para solucoes diluidas o valor é 1. 100 mg/l = 1 psi pressao osmótica. 1.000 mg/l = 10 psi pressao osmótica. 35.000 mg/l = 350 psi pressao osmótica. 1 psi = 0,068 atm = 6.894,8 Pa = 0,704 m.c.a. 1 atm = 1,01325x105 Pa Concentracoes e fluxos na osmose Reversa: Fluxo de permeado: Jp = fluxo de permeado, Kp = constante de permeabilidade, Kp=1/Rm; Rm - resistencia intrinseca da membrana; deltaP = diferenca de pressao aplicada; deltaπ = diferenca entre a pressao osmotica do solvente e da solução. Diretamente proporcional a diferenca de pressao aplicada a memb. 
Fluxo de permeado 
Vp - volume de permeado que atravessa a
Membrana; t - tempo gasto para esse volume atravessar a membrana; Am - area de membrana filtrante Permeabilidade; Quantidade de solvente que permeia a membrana em funcao da pressao aplicada: 
Kp = constante de permeabilidade; Jp = fluxo de permeado – quantidade de permeato em L/hm2; deltaP = diferenca de pressao aplicada; deltaπ = diferenca entre a pressao osmotica do solvente e da solução. Fluxo de permeado: Fatores estruturais: porosidade, distribuição do tamanho de poro, tortuosidade, espessura da membrana; Constantes fisicas da alimentacao como a viscosidade; temperatura, pressao; Afinidade fisico-quimica entre permeantes e material da membrana; constante de permeabilidade, concentracao salina. Modelos de transporte: Modelo das resistências em série 
Rt - resistencia total; Re - resistencia devida ao entupimento e/ou adsorção; Rc - resistencia devida a polarizacao da concentração; Rm - resistencia da memb. Fluxo de soluto: Depende da difusividade do soluto e da diferenca de concentração; Quando a pressao aplicada e constante; aumentando a concentracao do soluto na alimentacao ⇒aumenta-se a concentracao do soluto no produto. Por que? Aumenta-se o fluxo de soluto; Aumenta-se a pressao osmotica → diminui o fluxo de agua. Rejeição de sais (%): o quanto a memb rejeita de sais. Recuperação (%): Razão entre as vazões de permeado e alimentação. O transporte de sais atraves da membrana e expresso como: rejeicao de sais ou passagem de sais. 
Passagem de sais ⇒ oposto da rejeicao de sais. Se a rejeicao e de 96% a passagem e de 4%. A rejeicao de sais depende do tipo de sal. A rejeicao de substancias organicas depende do tipo de memb e do tipo da substancia. Para alguns tipos de solutos outros metodos sao melhores do que a Osmose Reversa por ex: solucoes contendo compostos clorados a remocao com carvao ativo e mais barata e estes compostos podem danificar as membranas. Processos de membrana rejeicao de solutos inorgânicos: Rejeição de cátions: Mg > Ca > Sr > Ba > Ra > Li > Na > K Rejeição de ânions SO4 -2 > Cl- > Br- > NO3 - > I Processos de membrana rejeicao de solutos organicos: Rejeicao de solutos organicos aumenta com o aumento do seu peso molecular; Compostos organicos sem a presenca de
grupos funcionais ionizaveis são€€ removidosde modo menos eficiente quando comparado aqueles com a presenca de grupos funcionais ionizaveis. Processos de membrana rejeicao de solutos orgânicos: Compostos organicos com a presenca de grupos funcionais ionizaveis sao removidos mais eficientemente quando estes encontram-se ionizados;Compostos fenolicos sao, de um modo geral, fracamente removidos. Hidrocarbonetos clorados de baixo peso molecular tendem a ser fracamente removidos; Compostos organicos capazes de efetuarem ligacoes do tipo ponte de hidrogenio tendem a ser fracamente removidos. Configuracoes tipicas de sistemas de osmose reversa: Um elemento, um único estágio (ex. unidade residencial); Vários elementos em um vaso (ex. unidade comercial); Vários elementos em vários vasos (ex. industrial); Passo Simples com um estágio; Passo Simples com vários estágios. Duplo Passo com o permeado do primeiro alimentando o segundo passo. Estágio Simples Recuperação de 15% a 30%. Duplo Estágio Recuperação de 30% a 60%. Triplo Estágio Recuperação de 70% a 85% Osmose Reversa em duplo-passo: Configuracao com duas Osmoses em serie promove uma rejeicao salina inicial no primeiro passo (primeira Osmose) com um indice de 90-95% . Este residual e novamente rejeitado no segundo passo com o mesmo indice, porem com um aproveitamento maior. O produto e uma agua com condutividade extremamente baixa e pureza microbiológica elevadíssima. Processos de membrana pressoes de trabalho: As pressoes de trabalho de sistemas de osmose reversa situam-se na faixa de 200 psi a 600 psi , para agua salobra e de 800 psi a 1000 psi , para dessalinização. Limpeza e desinfecção de membranas: Possibilitar a restauração da capacidade de separação: nao deve danificar a membrana nem os componentes do sistema; deve ser economica em custo e tempo; Selecao e concentracao dos agentes de limpeza; Condicoes operacionais: temperatura, velocidade tangencial, pressao, tempo; Qualidade da agua utilizada. Ultrafiltração: Definicao: Processo de separacao de moleculas devido ao seu peso molecular. As moleculas pequenas passam atraves de uma membrana e as moleculas de peso molecular maior sao recuperadas na forma de um concentrado. O “tamanho de poro” e determinado pelo peso molecular retido usualmente determinado como proteina globular; Nao e absoluta → retenção percentual. Mecanismo: baseado na diferenca de tamanho entre os poros da membrana e do soluto ou particulas; Força Motriz: diferenca de pressão aplicada; Membrana: porosa. Fluxo de permeado Modelo de escoamento para membranas porosas: Hagen-Poiseuille: membrana - conjunto de capilares com poros uniformemente distribuidos; pressao osmotica e desprezivel - moleculas retidas são de alto peso molecular. A retencao depende de: Forma da molecula; Concentracao; Pressao aplicada;pH;Forca ionica. Modelos de transporte: Modelo das resistências em série
Rt - resistencia total, Re - resistencia devida ao entupimento e/ou adsorção, Rc - resistencia devida a polarizacao da concentração, Rm - resistencia da membrana. Fouling: E o aumento da resistencia da membrana a transferencia de massa devido a: reducao da porosidade (entupimento, adsorcao), polarizacao da concentracao na superficie da membrana (acumulo de solutos); e formacao de camada de gel. Reducao do fluxo de permeado; Polarização da concentração; acumulo de soluto na superficie da membrana;o fluxo convectivo de soluto para a superficie da membrana entra em equilibrio com o fluxo difusivo contrario, da camada polarizada para o seio da solucao, e o fluxo de soluto atraves da membrana. reversao do fluxo → modificacao das condições operacionais. Concentracao de polarização: Com o objetivo de determinar o perfil de concentração do concentrado ao longo da camada limite, pode ser feito um balanço de massa ao longo da mesma. Aplicações: Concentracao de produtos termolabeis: vacinas; Recuperacao de antibioticos, hormoneos, vitaminas; Separacao de moleculas; Purificacao de solventes; Remocao de pirogenios; Remocao de contaminantes; Concentracao de sucos de frutas / leite; concentracao de enzimas; recuperacao de proteinas e acucares do soro de queijo. Suco de laranja: melhoria da qualidade (remoçção do amorgo); Classificação e estabilização de bebidas. Indústrias de alimentos e bebidas: Microfiltração/Ultrafiltração: refino de oleos vegetais; esterilizacao a frio de suco de frutas; clarificacao de suco de frutas;estabilizacao de agua de coco; estabilizacao de vinhos; remocao de microrganismos de bebidas (vinhos e cervejas) e de agua. Microfiltração / Ultrafiltração: concentracao de leite para fabricacao de queijo; concentracao de proteinas (clara de ovo, gelatina); ecuperacao e concentracao de proteinas de hidrolisado de soja; fracionamento de proteinas do soro de leite. Nanofiltração / Osmose Reversa: concentracao de suco de frutas; remocao de compostos de baixo peso molecular que causam o sabor amargo a alguns sucos de frutas; recuperacao de aromas (cafe, suco de frutas e bebidas); ecuperacao de produtos proteicos a partir da agua de rejeitos da industria de amido de batata.
Mistura de liquidos
A mistura de fluidos em vasos com agitacao e uma das mais importantes operacoes unitarias para industrias quimicas, farmaceuticas, petroquímica e de alimentos. Agitacao⇒ Movimento induzido de um material em forma determinada, dentro de um recipiente. Pode-se agitar uma so substancia homogenea. Mistura ⇒ Movimento aleatorio de duas ou mais fases, inicialmente separadas. Mistura e aplicado em operacoes que visam reduzir os gradientes de concentracao ou temperatura em um determinado volume de material. Aplicacoes: Dissolucao; Absorcao de gases; Cristalizacao; Extracao liquido-liquido. Objetivos: Mistura de liquido misciveis; Suspensao de particulas solidas; Dispersao de liquidos imiscíveis emulsoes; Dispersar um gas num liquido aeracao; Promover transferencia de calor; Acelerar reacoes quimicas. Para promover mistura as forcas externas, impostas, devem superar as forcas de resistencia do fluido; Forcas de resistencia: inercia; viscosidade; Atrito entre particulas solidas; Nos casos que envolvem duas fases, existe ainda a resistencia oferecida pelo filme interfacial. Propriedades que influenciam a mistura: Do fluido: viscosidade, massa especifica ,miscibilidade; Do solido : tamanho, massa especifica do solido, forma,rugosidade e molhabilidade. Os sistemas de mistura apresentam em comum: Liquido a ser misturado (agitado); Vaso que contem o liquido; Equipamento mecanico que gera a Turbulência Mistura de liquidos e materiais pouco viscosos. Mistura de pastas. Agitacao: Movimentação de líquidos em tanques por meio de impulsores giratorios. Padroes de fluxo: Depende: do tipo de agitador selecionado; das caracteristicas do fluido; tamanho e proporcoes do tanque (geometria); dos inibidores de vortices ("baffles“); A velocidade do fluido em qualquer ponto do tanque possui tres componentes: Radial atua na direção perpendicular ao eixo do rotor. Axial (longitudinal) atua na direcao paralela ao eixo do rotor. Tangencial ou rotacional atua na direcao tangente, propicia um movimento circular ao redor do eixo do rotor. Padroes de fluxo Em casos tipicos de agitacao com eixos verticais, as componentes radias e tangenciais são planas, enquanto a componente longitudinal e vertical. As componentes radiais e longitudinais sao as principais responsaveis pela mistura. Agitadores Classificacao: Quanto ao tipo de escoamento: Axial: Sao aqueles cujas pas fazem um angulo menor que 90o com o plano de rotacao do impulsor. Ex: helices, turbinas de pas inclinadas Escoamento Radial: Tem suas pas paralelas ao eixo de rotacao. O fluxo e perpendicular a parede do tanque. Ex: turbina, pas, ancora. Escoamento Tangencial: Este fluxo atua na direção tangente, o que proporciona um movimento circular ao redor do rotor. Em alguns casos a componente Tangencial e desvantajosa, pois tem uma trajetória circular e cria um vortex na superficie, nao possibilitando a mistura longitudinal entre os niveis. O problema de formacao de vórtice Se resolvecolocando chicanas (defletores). Formacao do vórtice: Produzido pela acao da forca centrifuga que age no liquido em rotacao, devido a componente tangencial da velocidade do fluido. Geralmente ocorre para liquidos de baixa viscosidade (com agitacao central). Maneiras de evitar o vortice: descentralizar o agitador; inclinar o agitador de 15° em relacao ao centro do tanque; colocar o agitador na horizontal; usar chicanas, defletores ou dificultores. Chicanas sao hastes perpendiculares a parede do tanque, geralmente quatro, que interferem no fluxo rotacional sem interferir no fluxo radial e axial. Tipos de agitadores: Agitadores para fluidos pouco viscosos: Hélice,Pás inclinadas, Turbina de disco de Rushton, Impulsor de três pás inclinadas Para fluidos muito viscosos: Âncora, espiral dupla. Classificação dos agitadores: Quanto a Forma: Agitador de hélice: Mais eficientes para fluidos de baixa viscosidade. Elevada velocidade de rotacao - Ampla faixa de rotacoes. Padrao de circulacao axial. Agitador de turbinas: Grande intervalo de viscosidade. Os impulsores com pas inclinadas apresentam escoamento axial que e util para suspensao de solidos, e os de pas planas verticais fornecem escoamento radial adequado para agitacao de fluidos viscosos. Turbina rushton: Estas turbinas de disco e pas sao adequadas para agitacao de fluidos poucos viscosos e alta velocidade. Se usam na dispersao de gases em liquidos, na dispersão de solidos, na mistura de fluidos imisciveis, e na transferencia de calor. Distribuem a energia de maneira uniforme. O padrão de escoamento e misto. Agitador de ancora e hélice: Utilizados para mistura de fluidos muito viscosos. Os mais comuns os sao o tipo ancora e o helicoidal. Agitador de ancora ⇒ escoamento radial, helicoidal ⇒ escoamento misto. Escolha do tipo de agitador: Descricao de um tanque p/ agitação: Na agitacao de líquidos e pastas semi-liquidas e necessario: 1. um tanque ou reservatório 2. um rotor (impulsor) num eixo acionado por um moto-redutor de velocidade. Alguns tanques são providos de serpentinas ou encamisados para promover a troca de calor. Tanque ou vaso de mistura 4 defletores igualmente Espaçados Defletores tão finos como possível Analise de processo atraves de numeros adimensionais: Sao utilizados para se obter informações sobre parametros importantes tais como: consumo de energia; tempo de mistura; capacidade de bombeamento, entre outros. Caracterizacao dos sistemas de Mistura: Numeros adimensionais: Constituidos de variaveis fisicas e geometricas que afetam a dinamica dos fluidosAfetam a performance da mistura. As condicoes de escoamento sao afetadas por: diametro, viscosidade, densidade, velocidade do fluido. Numero de Reynolds (Re) Define o regime de escoamento: laminar ou turbulento.
 Numero de reynolds modificado para tanques de mistura
Numero de potencia a intensidade da agitacao num liquido pode ser expressa em termos da energia dissipada no liquido • o consumo de potencia é funcao de: Dimensoes tanque/agitador; Altura do liquido; Densidade; Viscosidade; Velocidade angular do rotor; Presenca de chicanas. Numero de potencia:
Np- numero de potencia; P- potencia fornecida; D- diametro do agitador ; ρ- densidade do liquido; N- velocidade de rotacao do agitador. Curvas caracteristicas do agitador. ↑Np ↑ consumo de potencia, Regime turbulento ⇒↓ Np cte; Regime laminar Np proporcional 1/ Re. Numero de Froude (NFR): Inclui as forcas gravitacionais. So e importante em sistemas nos quais efeitos gravitacionais ocorrem→quando o agitador afeta a superfície do liquido → vórtice. Esse numero e incluido em correlações de Re e Po em sistemas sem chicanas. NFR = N^2D/g. Taxa de circulação: Tambem chamada de capacidade de bombeamento do rotor. Definida como o volume de um fluido deslocado por um rotor por unidade de tempo. A taxa de circulacao deve ser suficiente para varrer o volume total do agitador em um intervalo de tempo razoavel. A velocidade com que a corrente deixa o rotor deve ser suficiente par que a corrente atinja todos os pontos do tanque ou ocorrera a formacao de zonas mortas. A taxa de circulacao e definida como sendo proporcional a velocidade de rotacao e o diametro do rotor. Para turbinas e pas a taxa e proporcional a: ND3. Para propulsores/helices: ND2. A turbulencia gerada pelas correntes direcionadas e pelos grandes gradientes de velocidade, tem um papel mais importante que a taxa de circulacao. Alguns processos requerem grandes taxas de circulacao e baixa turbulencia, enquanto outros necessitam alta turbulencia com relativas baixas taxas de circulacao. Tempo de mistura: Na homogeneizacao de liquidos, possuindo a mesma densidade e viscosidade, o tempo de mistura, para um dado tipo de agitacao e geometria de vaso, depende: velocidade de rotacao do rotor; diametro do vaso; viscosidade cinemática do liquido. Em termos de analise dimensional, esta dependencia pode ser expressa como: nq = f(Re). Intensidade de agitacao de um fluido Potencia/Volume. Ampliacao de escala: No desenvolvimento de processos, precisasse passar da escala de laboratorio para a escala de planta piloto e desta para o tamanho industrial. As condicoes que tiveram sucesso na escala menor devem ser mantidas no tamanho maior, alem de ser conservada a mesma semelhanca geometrica. 
Filtracao solido-liquido: operacao mecanica de separacao de particulas solidas suspensas em um fluido atraves da passagem por um material poroso/fibroso ou granular. O filtro separa as particulas em uma fase solida (torta) e permite o escoamento de um fluido claro (filtrado). O fluido pode ser um gas ou um liquido. O produto pode ser tanto o fluido clarificado quanto a torta de particulas solidas. Objetivos: melhorar a qualidade do fluido; recuperacao de um produto; protecao ao meio ambiente. Classificação: Quanto ao funcionamento: filtros de pressao positiva; filtros de pressao negativa. Quanto a finalidade: de torta; clarificadores; esterilizantes.
Caracteristicas dos filtros: Fluxo; Porosidade (medida dos espacos vazios ("poros") do meio filtrante. Quanto mais poroso o filtro, maiores sao as vazoes conseguidas e mais longa a vida util em servico. Erroneamente confundido com o conceito do tamanho de poro, e muito comum expressoes do tipo "filtro de porosidade de 10 μm); superficie efetiva de filtração; limite de separação. A passagem do fluido pelo filtro e em funcao de: Forca da gravidade; Aplicacao de pressao no lado da alimentação; Aplicacao de vacuo no lado do filtrado; Atraves de centrifugação. O filtrado, ao atravessar um filtro, encontra tres tipos diferentes de resistência: Resistencia oferecida pelos canais do filtro (geralmente e desprezada); Resistencia oferecida pelo elemento filtrante; Resistencia oferecida pela torta. A queda de pressao atraves do filtro e resultante destas três resistencias. Queda de pressão: A diferenca entre a pressao de entrada e a de saida do filtro; A medida que o filtro se enche, o DP aumenta ate atingir o valor limite para troca; E o parametro tecnicamente mais indicado para avaliar o entupimento do filtro e o momento ideal de sua troca. Teoria da Filtracao: Escoamento de um liquido atraves de um meio que ofereca resistencia. A taxa de escoamento pode ser expressa por: taxa = forca motora resistência; Taxa=volume de filtrado/tempo; forca motora = diferenca de Pressão; resistencia = resistencias: do meio filtrante, da torta, do proprio filtro. A resistencia oferecida pelo meio filtrante depende: porosidade; espessura. Pode ser considerada constante durante a filtracao a resistencia oferecida pela torta depende da: espessura; caracteristicas fisicas das particulas: rigidas, compressiveis ou semicompressiveis. Nao e constante durante a filtração. Lei de poiseuille: ponto de partida para o tratamento matemático; admite que a torta filtrante seja constituida de particulas rigidas, que formem capilares de tamanho constante. definida para escoamento de liquidos em tubo capilar. , n = numero de capilares ; p = diferenca de pressao; v = volume do filtrado; r = raiodo capilar; t = tempo; μ = iscosidade; l = comprimento do capilar; Limitacoes: o comprimento do capilar nao e constante ; os valores de n e r sao desconhecidos na maioria das vezes. inadequada na pratica⇒ principalmente para filtracao com formacao de torta ⇒resistencia variável. A equacao de Poiseuille explica o fluxo laminar em um tubo, que no sistema internacional de unidades (SI) pode ser descrito como:
Onde: Δp e a pressao (N/m2); v e a velocidade no tubo (m/s); D e o diametro (m) L e o comprimento (m); mi e a viscosidade (Pa.s).
Teoria de carman – kozeni: considera a torta de filtracao como um leito poroso, no qual o liquido escoa em regime laminar. O termo resistencia e explorado A velocidade linear e baseada na area da secao transversal
Onde: A e a area transversal do filtro (m2); V e o volume coletado do filtrado em m3 ate o tempo t (s). Limitacoes da teoria de carman-kozeni: a porosidade deve ser mantida constante; as particulas devem ter dimensoes semelhantes; os fenomenos de superficie devem ser despreziveis. Fatores que afetam a taxa de filtração: velocidade filtração= (área do filtro)2 x dif. De pressão/ viscosidade x resistência. As teorias de filtracao apresentam uma deficiencia: preocupacao com a resistência ao fluxo sem levar em consideracao a qualidade do filtrado. Auxiliares de Filtracao/ Adjuvantes: Compostos utilizados para aumentar a velocidade de Filtração Materiais: Terra diatomacea, carvao, carbonatos de calcio,etc. Esses compostos podem ser usados de varios modos: 1. Como pré-cobertura antes da filtração. O auxiliar de filtracao prevenira os solidos gelatinosos de entupir o filtro e tambem permitira um filtrado mais claro. 2. Acrescentados à alimentação antes da filtração. Aumenta a porosidade da torta e reduz a resistencia da torta durante a filtracao. 3. Em um filtro rotativo, o auxiliar de filtração pode ser aplicado como uma pré-cobertura. Posteriormente, as fatias finas desta camada são cortadas junto com a torta. Propriedades de um bom auxiliar: Solido granular, nao compressivel; Se manter em suspensao no liquido; Ser livre de impurezas; Apresentar granulometria suficiente para reter as particulas solidas; Ser inerte no liquido a ser filtrado. Meios filtrantes: Caracteristicas gerais: capacidade de manter os solidos reunidos sobre os poros logo que se inicie a alimentacao; baixa taxa de retencao dos solidos nos poros; resistencia minima ao escoamento do filtrado; resistencia ao ataque quimico; resistencia razoavel ao desgaste mecanico; custo minimo; relacao custo/ beneficio razoavel; adsorver e absorver o minimo de fluido e/ou componente processado; nao devem liberar particulas que possam contaminar o produto. Tipos de meios filtrantes: Meios filtrantes de profundidade: sao constituidos de um emaranhado de fibras, ou material granular numa estrutura porosa irregular; permitem a alimentacao penetrar no seu interior ate um ponto em que o diametro das particulas solidas e maior que o diametro dos canais tortuosos interiores. "diametro nominal" - um filtro de 1 μm pode ter poros maiores e menores que o tamanho especificado. Retencao nominal eficiência : alta: 99 - 99,99%; moderada: 70 – 98%; regular: 50 – 70 %; baixa: < 50%. Clarificacao: 0,1 a 150 μm; pre-filtracao: 0,2 a 30 μm. Tipos de materiais: microfibra de vidro; fibra de celulose; algodao; polipropileno. Escolha: compatibilidade quimica/ termica; me canica; adsorcao. Eficiencia: A eficiencia do filtro e medida pelo percentual de contaminantes de um tamanho de partículas especifico capturadas pelo filtro; A eficiencia do filtro e importante, pois afeta não somente o desempenho de retencao de contaminante mas tambem a vida util do filtro (maior eficiencia requer maior capacidade de retencao de contaminantes). Vantagens: grande capacidade de filtracao; economia; eficiencia de retencao = retencao percentual. Desvantagens: ausencia de um diametro de poro definido; migracao do meio filtrante; possibilidade de crescimento de microorganismos; adsorcao/ absorcao relativamente alta. meios filtrantes de superficie retem particulas maiores que o diametro dos poros por um processo semelhante ao de tamizacao "filtros absolutos" ex: telas metalicas, malhas plasticas, membranas filtrantes. Filtros de membrana: microfiltracao; solucoes estereis; ultrafiltracao (molecular); osmose reversa (ionica). Características gerais: polimeros em laminas extremamente delgadas (50 a 200 μm); tamanho dos poros _ 0,1 ate 10 μm; estrutura porosa uniforme; volume dos poros - 80% do volume total _108 a 109 poros/cm2; fabricantes: millipore, sartorius, pall, etc. Tipos de materiais: acetato/nitrato de celulose; pvdf (difluoretopolivinilideno); ptfe (teflon); poliamida (nylon). Vantagens: grande eficiencia de retencao – retencao absoluta; retencao independente do fluxo e pressao; nao ha migracao do meio filtrante; nao ha possibilidade de crescimento de microorganismos atraves do elemento; baixo nivel de absorcao/adsorcao; integridade facilmente verificada. Desvantagens: baixa capacidade de filtração; custo; fluxo limitado; vida util menor. Teste do ponto de bolha: teste de integridade nao-destrutivo mais usado baseia-se na fato de que o liquido e retido nos poros do filtro devido a tensao superficial e a pressao do capilar. uma pressao minima e exigida para forcar o liquido para fora do poros→depende do diametro do poro. Procedimento para o teste: molhar o filtro com o liquido teste; pressurizar o sistema a cerca de 80% da pressao de ponto de bolha esperada que e informado pelo fabricante; aumentar lentamente a pressao ate que haja a saida do liquido →bolhas; um valor de ponto de bolha menor do que a especificacao e uma indicacao de:membrana danificada; fluido com tensao superficial diferente que o fluido de teste recomendado; filtro integral, mas de tamanho de poro errado; temperaturaalta; membrana nao totalmente molhada. teste de difusivo; deve ser realizado em sistemas de grandes volumes; baseia-se no fato de que em pressoes de gas menores do que o ponto de bolha, moleculas de gas migram por difusao pelos poros umidecidos; mede-se o volume de ar que difunde atraves da membrana umidecida; o fluxo de gas e pequeno em filtros pequenos, mas e significante em filtros de area grande. Procedimento do teste difusivo: molhar completamente o filtro com fluido de teste apropriado; aplicar uma pressao ao sistema, normalmente pelo menos 80% do ponto de bolha; permitir o equilibrio do sistema; medir o fluxo de gas a saida durante um minuto; 5.um fluxo de gas maior do que o especificado pode indicar: membrana danificada; tamanho de poro -errado; temperatura diferente ; membrana nao totalmente molhada; tempo de equilibrio inadequado. Tipos de filtro: 1 – Filtros de pressão: Neste tipo de filtro e utilizada uma pressão superior a atmosferica no lado da alimentacao, de modo a induzir a passagem do filtrado. Esta pressao e conseguida atraves de bombeamento ou coluna de agua. Os filtros de pressao podem operar a pressão constante ou a volume constante, onde a pressao e gradualmente aumentada. Tratamentos prévios: aquecimento (↓ viscosidade, coagulação proteica); adicao de eletrolitos (neutraliza substancias coloidais); ajuste de pH (pode alterar a solubilidade das substancias); adicao de adjuvantes (no filtro ou na suspensao). Filtros industriais: 1.1 Filtros de Membrana e de Profundidade: Adequados a remocao de baixas quantidades de particulas cujo diametro varie de 100 μm a menores do que 0,2 μm Vantagens: Baixo custo; Facil operação; Elevada area de filtracao em uma unidade Pequena Cartucho; O cartucho e encaixado em um suporte cilíndrico metalico; O produto e bombeado por uma das extremidades do cilindro que envolve o cartucho; O filtrado e forcado a passar pelo filtro de cartucho, da periferia para o nucleo interno oco de onde sai pela outra extremidade do cilindro metalico; Frequentemente sao descartaveis. 1.2 Filtros de leito fixo: Tipo de filtro mais simples. Util na clarificacao de agua → quantidades pequenas de solidos a serseparados de grandes volumes de liquido. Muitas vezes a camada de fundo e composta de cascalho grosso sobre uma placa perfurada. Acima do cascalho e colocada areia
fina que atua como elemento filtrante. Filtro de areia: Os filtros de areia tem como objetivo retirar da agua: solidos em suspensao e impurezas mais grosseiras, como barro, fios, folhas. Utilizado para: Pre-tratamento da agua para desmineralizadores e abrandadores. Pre-filtro de unidades fabris, condominios, hospitais, farmacias e residencias. Fabricado em PVC + Fibra de Vidro, Aco Carbono e Aco Inoxidavel. 1.3 – Filtros de placas verticais – Prensa: Constituidos por um conjunto de quadros e placas fechados por meio de uma prensa; A superficie das placas e recoberta por um meio filtrante; A juncao entre as placas filtrantes e as placas de suporte (quadros) e feita por meio de prensagem usando um parafuso, pressao hidraulica ou pressão pneumática. i. A alimentacao e bombeada e flui pelas placas;
ii. Os solidos acumulam-se como “torta” entre os quadros e placas; iii. O filtrado flui entre o filtro de tecido e a placa pelos canais de passagem e sai pela parte inferior de cada placa; iv. A filtracao prossegue ate o espaco interno do quadro esteja completamente preenchida com solidos ou ate o volume de filtrado atingir um valor mínimo admissivel ou quando a pressao atinge valores muito elevados; v. Apos a filtracao, pode ocorrer a lavagem da torta; vi. Ao final os quadros e as placas sao separadas e a torta retirada. Depois o filtro e remontado e o ciclo se repete. Vantagens: simples e de facil manuseio; versatil, capacidade variada; trabalha em pressoes elevadas. Desvantagens: mao-de-obra; lavagem da torta nem sempre e eficaz. Utilizacao: Recuperacao de sais; Precipitados de vacina. Filtros-Prensa: O fluido entra; Ocorre a separacao liquido-solido; A torta e retirada. 1.4 – Filtros de placas horizontais: Consiste num certo numero de placas horizontais, presas a um eixo oco montado dentro de um vaso de pressao. O meio filtrante cobre a superficie de cada placa. A entrada da alimentação ocorre atraves da região central, sob pressao, e a torta retida pelo meio filtrante, forma-se no topo de cada placa, enquanto o filtrado passa atraves do eixo oco. Caracteristicas: Compacto; Torta formada e uniforme;Admite boa limpeza e esterilização; Requer mao de obra; Utilizado para: remover pequena quantidade de sólidos; Operar em ciclos curtos; Necessidade de limpeza rigorosa. Utilizacao: Industrias de processos de quimica fina como antibioticos, pesticidas, ou pigmentos, e farmaceutica, quando a carga de impurezas
insoluveis e baixa e o polimento e exigido para obter produto altamente clarificado . 1.5 – Filtros folhas “shell – and – leaf”: Cada folha e uma armacao de metal oca coberta por um filtro de tecido. A “folha” pode ser suspensa a partir da parte superior, a partir da regiao central ou da parte inferior. Este elemento de suporte e, geralmente, oco e forma os canais de saída do filtrado. Foi projetado para grandes volumes de liquido e para ter uma lavagem eficiente; As folhas sao suspensas em um tanque fechado; A alimentacao e introduzida no tanque e passa pelo tecido, a torta se deposita no exterior da folha; O filtrado flui para dentro da armação oca. O liquido de lavagem segue o mesmo caminho que a alimentacao; A torta e retirada por uma abertura do Casco. Utilizacao: Adequados para manusear materiais inflamaveis, toxicos e corrosivos, uma vez que sao projetados para ambientes perigosos, quando se requer pressao
alta e operacao segura. vasos verticais → quimica fina vasos horizontais → industrias de processo mais pesadas, como a preparacao de enxofre em plantas de acido fosforico. 2.1 – Filtros de tambor rotativo: Consiste na utilizacao de um tambor rotativo horizontal, no interior do qual e criado vacuo. A sua superficie consiste num conjunto de compartimentos ocos sob uma superficie filtrante. O tambor encontra-se parcialmente submerso num tanque, onde e colocado a suspensao a pressão atmosferica. A velocidade de rotacao e cerca de 0.1 – 2 rpm. A remocao da torta e feita através de uma faca, colocada numa das extremidades do tambor. 2.4. Filtro de tambor rotativo: Filtra, lava e descarrega a torta de forma continua. Uma valvula automatica no centro do tambor ativa o ciclo de filtracao, secagem, lavagem e descarga da torta. O filtrado sai pelo eixo de rotacao. Existem passagens separadas para o filtrado e para o liquido de lavagem. Vantagens: Baixo custo de operacao – operacao continua. Espessura da torta pode ser controlada. Grande capacidade. Desvantagens: Equipamento complexo. Requer equipamentos auxiliares Diferenca de pressao e limitada. Utilizacao: Adequado para trabalhar: Com grande quantidade de alimentação; Consideravel teor de solidos 15 – 30 %; recuperacao de carbonato de calcio, carbonato de magnésio; Separacao em meio de fermentacao de Antibióticos. 2.2 – Filtros rotativos de disco: Consiste numa serie de discos verticais concentricos montados sobre um eixo de rotacao horizontal. Cada disco e oco e coberto com um tecido e em parte submerso na alimentação. Cada disco esta provido de um sistema para remocao da torta e contem varias secções pelas quais se faz a remocao do filtrado. A torta e lavada, secada, e raspada quando o disco esta na metade superior da sua rotação.