02 Operações Unitárias I Introdução (1)

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OPERAÇÕES UNITÁRIAS I
Professor: Neylor Makalister
OPERAÇÕES UNITÁRIAS
Professor: Neylor Makalister
• INTRODUÇÃO AS OPERAÇÕES
UNITÁRIAS
Neylor Makalister/ Operações Unitárias I
Introdução
Em 1915, Arthur Little estabeleceu o conceito de “Operação Unitária”, 
segundo o qual um processo químico seria dividido em uma série de etapas 
que podem incluir: transferência de massa; transporte de sólidos e líquidos, 
destilação, filtração, cristalização, evaporação, secagem, etc. 
Neylor Makalister/ Operações Unitárias I
Introdução
Cada uma das etapas sequenciais de uma linha de produção industrial é, 
portanto, uma operação unitária. 
• O conjunto de todas as etapas compõe um PROCESSO UNITÁRIO. 
• Operações Unitárias são sequencias de operações físicas necessárias à 
viabilização econômica de um processo químico. 
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Introdução - Classificação
 As operações unitárias podem ser classificadas de acordo com critérios 
variados. Podemos, por exemplo, classificá-las em grupos de acordo com a 
sua finalidade dentro do processo produtivo:
 Operações preliminares: São normalmente utilizadas antes de qualquer outra 
operação. Suas funções estão associadas à preparação do produto para 
posterior processamento de melhoria das condições sanitárias da matéria 
prima. Ex. Limpeza, seleção, classificação, eliminação, branqueamento, etc.
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Introdução - Classificação
 Operações de conservação: Entre estas podemos citar a esterilização, a 
pasteurização, o congelamento, refrigeração, evaporação, secagem, etc.
 Operações de transformação: Moagem, mistura, extrusão, emulsificação, 
etc.
 Operações de separação: Filtração, cristalização, sedimentação, 
centrifugação, prensagem, destilação, absorção, adsorção, desumidificação, 
precipitação eletrostática, etc.
 Uma classificação bem comum é utilizada levando-se em conta o tipo de 
operação envolvida (operações mecânicas, operações envolvendo 
transferência de calor e operações envolvendo transferência de massa), a 
saber:
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TIPOS DE OPERAÇÕES UNITÁRIAS
• Mecânicas. 
•Transferência de calor. 
•Transferência de massa. 
Introdução - Classificação
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 1 -OPERAÇÕES UNITÁRIAS MECÂNICAS:
 1.1 OPERAÇÕES ENVOLVENDO SÓLIDOS PARTICULADOS
• Moagem de sólidos
• Peneiramento
• Granulação
• Mistura de sólidos
• Transporte de sólidos
Introdução - Operações Mecânicas
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Introdução - Operações Mecânicas
Moagem de sólidos
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Introdução - Operações Mecânicas
Moagem de sólidos
 “No beneficiamento de minério, a cominuição é necessária para se obter uma 
granulometria adequada ao processo de concentração utilizado, assim como 
para a consecução de uma liberação adequada dos minerais a serem 
separados” (Beraldo, 1987). 
 A palavra cominuição é derivada do latim comminuere que significa fratura. A 
forma da fratura é função da natureza da partícula e do modo de aplicação da 
força.
 Os três mecanismos principais para que esse processo ocorra são 
compressão para reduzir o tamanho da partícula, impacto cinético entre o 
minério e o corpo moedor e abrasão/ atrito entre as superfícies das partículas 
do minério ou da superfície das partículas do minério com a superfície dos 
corpos moedores. 
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Introdução - Operações Mecânicas
Moagem de sólidos
 No processo de compressão a fratura ocorre com aplicação lenta da força, de 
forma que, quando a partícula se quebra, o esforço é aliviado. Em geral, as 
forças de compressão aplicadas são pouco superiores à resistência mecânica 
dos blocos rochosos ou partículas. Resulta em partículas de grande diâmetro, 
com baixa geração de finos. Os principais aparelhos são os britadores de 
mandíbulas, os britadores giratórios e cônicos e os moinhos revolventes. Neles 
ocorre à compressão das partículas entre corpos moedores ou entre as próprias 
partículas. 
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Introdução - Operações Mecânicas
Moagem de sólidos
 No processo de impacto a fratura ocorre quando a força é aplicada de forma 
rápida e em intensidade muito maior que a resistência da partícula. Resulta 
uma distribuição granulométrica com predominância de partículas finas, mais 
eficiente em termos energéticos. Os aparelhos de fragmentação são os 
britadores de impacto e a ação ocorre nas áreas de impacto dos corpos 
moedores cadentes no interior dos moinhos revolventes.
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Introdução - Operações Mecânicas
Moagem de sólidos
 Já o processo de abrasão provoca o aparecimento de pequenas fraturas, com 
geração de distribuição granulométrica apresentando partículas finas ao lado 
de partículas cujo diâmetro original foi pouco reduzido. Esse processo 
caracteriza-se por ter elevado consumo energético. 
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Introdução - Operações Mecânicas
Moagem de sólidos
 A moagem é o último estágio do processo de cominuição. Nela se obtém um 
produto mais fino adequado à concentração ou a qualquer outro processo 
industrial seja o mesmo utilizado para a pelotização, lixiviação, combustão, etc. 
 A moagem se aplica quando a redução do tamanho envolvida visa à 
obtenção de produtos com granulometria inferior a 10 milímetros. 
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Introdução - Operações Mecânicas
Peneiramento
• O movimento vibratório é produzido por mecanismos baseados em massas excêntricas 
com amplitude variável de 1,5 mm a 6,0 mm e frequência de 700 a 1000 rpm.
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Introdução - Operações Mecânicas
Peneiramento
 Entende-se por peneiramento, a separação de um material em duas ou mais 
classes, estando estas limitadas uma superior e outra inferiormente
 No peneiramento a úmido adiciona-se água ao material a ser peneirado com 
o propósito de facilitar a passagem dos finos através da tela de 
peneiramento. 
 O material retido na tela da peneira é denominado oversize e o passante, 
undersize
 Os peneiramentos industriais a seco são realizados, normalmente, em 
frações granulométricas de até 6 mm. Entretanto, é possível peneirar a 
seco com eficiência razoável em frações de até 1,7 mm(12). 
 A úmido, o peneiramento industrial é normalmente aplicado para até 0,4 
mm, mas recentemente tem sido possível peneirar partículas mais finas, 
da ordem de 50 µm(12). 
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Introdução - Operações Mecânicas
Peneiramento
 O QUE DETERMINA SEU DIMENSIONAMENTO:
- Quantidade de material que vai alimentar a peneira. (t/h)
- Análise granulométrica completa do material.
- Densidade solta do material - Peso por volume. (Um3)
- Tamanho e forma das partículas. Por tamanho entende-se a maior
dimensão da partícula. (mm ou pol.)
- Umidade do material. (%)
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 1 -OPERAÇÕES UNITÁRIAS MECÂNICAS:
 1.2 - OPERAÇÕES ENVOLVENDO SÓLIDO-FLUIDO
• Filtração
• Decantação
• Flotação
• Floculação
• Separação centrífuga
• Fluidização
• Separação por membrana
• Sedimentação
Introdução - Operações Mecânicas
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Introdução - Operações Mecânicas
 A filtração de polpas minerais pode ocorrer basicamente de duas formas 
distintas:
I. Na primeira, a polpa percola uma matriz porosa rígida que retém as 
partículas sólidas. 
II. Na segunda, as partículas solidas se acumulam no exterior do meio 
filtrante, resultando na formação de um leito de partículas - a torta.
Trataremos aquisobre a filtração com formação de torta, conduzida em filtros 
rotativos a vácuo (tambor e disco), filtros de correia, filtro prensa e filtros de 
pressão (hiperbáricos), os quais são largamente utilizados na indústria mineral.
Filtragem
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Introdução - Operações Mecânicas
A suspensão escoa por ação da pressão contra o meio filtrante, resultando na 
separação entre o filtrado e a torta.
A maior parte do líquido da suspensão constitui o filtrado e as partículas 
sólidas formam uma torta saturada com o líquido.
O meio filtrante é um tecido que tem como função reter as partículas no início 
da operação. Em seguida essa tarefa é realizada pela própria torta, que sofre 
um aumento da sua espessura com o tempo..
Filtragem
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Introdução - Operações Mecânicas
Filtragem – Utilização 
Industrial
“Ao contrário da mineração, a indústria 
química tem seu interesse principal no filtrado”
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Introdução - Operações Mecânicas
Filtragem – Utilização 
Industrial
 Em tratamentos de minérios usam-se filtros a vácuo, obtendo uma torta com 
aproximadamente 13% de umidade;
 O material a desaguar geralmente proveniente do underflow de um ciclone ou 
de um espessador de concentrado, chega com aproximadamente 60% de 
sólidos;
 A operação de filtragem é cíclica e contínua, seguindo as etapas:
• Formação da torta: acumulo do material retido pelo meio filtrante ( em 
filtros a discos esta camada é inferior a 1 cm), naturalmente ou por 
aspiração
• Secagem: consiste na aspiração da água contida na torta através do meio 
filtrante;
• Descarga: Inverter o fluxo de ar, “soprando” a tela, desprendendo a torta e 
limpando o meio filtrante;
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Introdução - Operações Mecânicas
Filtragem – Utilização 
Industrial
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Introdução - Operações Mecânicas
Flotação – Utilização 
Industrial
 Tudo é feito nas colunas de flotação:
Overflow
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Introdução - Operações Mecânicas
Flotação – Utilização 
Industrial
• A flotação é um processo de 
concentração dos mais utilizados na 
indústria mineral, e se baseia na 
separação seletiva dos constituintes 
através da diferença entre as 
propriedades de superfície das 
substâncias minerais contidas no 
minério e previamente liberadas.
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Introdução - Operações Mecânicas
Flotação – Utilização 
Industrial
• Naturalmente, a eficiência depende da seletividade do processo de 
flotação, a qual baseia-se no fato de diferentes espécies minerais 
poderem apresentar (naturalmente ou de modo induzido) 
diferentes graus de hidrofobicidade – ou de hidrofilicidade.
• O conceito de hidrofobicidade de uma partícula está associado à 
“molhabilidade” desta partícula pela água.
• A água, por exemplo, é uma substância polar, uma vez que o 
somatório de suas cargas internas não se anula, ao passo que o 
ar é uma substância apolar
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Introdução - Operações Mecânicas
Flotação – Utilização 
Industrial
• Nos sistemas de flotação, a fase líquida é sempre a água
e a fase gasosa é quase sempre o ar.
• Assim, pode-se dizer que uma substância hidrofílica é 
aquela cuja superfície é polar, apresentando, portanto, 
maior afinidade pela água que pelo ar, ao passo de que 
uma substância hidrofóbica é essencialmente não polar, 
tendo mais afinidade com o ar do que com a água.
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Introdução - Operações Mecânicas
Flotação – Utilização 
Industrial
• A grande maioria dos minerais encontrados na natureza é 
naturalmente hidrofílica.
• Citam-se a molibdenita (MoS2), a grafita e o talco (Mg3Si4O10(OH)2) como 
por exemplo de minerais naturalmente hidrofóbicos
• Um dos reagentes reguladores que auxiliam nessa separação é o 
depressor, o qual tem caráter hidrofílico e, ao se adsorver na superfície 
das partículas que devem permanecer na suspensão, aumenta sua 
afinidade pela água, impedindo, com isso, a ação dos coletores e 
aumentando, portanto, sua seletividade.
• Os reagentes em um sistema de flotação podem ser classificados de 
acordo com seu papel no processo, em coletores, espumantes e 
modificadores ou reguladores.
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Introdução - Operações Mecânicas
Flotação – Utilização 
Industrial
• Coletores são reagentes que atuam na interface sólido-líquido, alterando a 
característica da superfície mineral de hidrofílica para hidrofóbica.
• Como coletores catiônicos por excelência, citam-se as aminas.
• Espumantes são reagentes utilizados na flotação com a finalidade de 
reduzir a tensão interfacial líquido gás, promovendo uma maior 
estabilidade das bolhas de ar (amina também é um espumante).
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Introdução - Operações Mecânicas
Flotação – Utilização 
Industrial
• Modificadores ou reguladores são reagentes adicionados aos sistemas de 
flotação, com a finalidade de aumentar ou de reduzir a flotabilidade de 
uma dada espécie, ou de levar a uma maior seletividade na separação.
• Os reagentes ativadores, depressores e desativadores, utilizados no 
processo de flotação, estão incluídos nesta classe de reagentes.
• Amidos têm sido usados extensamente na depressão de minerais entre os 
quais apatita, calcita e dolomita, devido ao forte caráter hidrofílico 
emprestado pelo amido adsorvido sobre esses minerais. Têm sido utilizados 
também como floculantes (uma vez que são polímeros).
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Introdução - Operações Mecânicas
Flotação – Utilização 
Industrial
Minérios com teores cada vez mais baixos e granulometria de liberação 
mais finas, demandam tecnologia para separação, daí a importância da 
Flotação.
Tipos de Flotação
Flotação Direta: É aquela cujo o mineral de interesse e de valor econômico, 
deve interagir com as bolhas de ar e serem coletadas na parte superior da 
coluna, através do transbordo, é utilizada quando o teor do mineral útil no minério 
é bastante baixo se comparado ao de ganga. (Ex: Apatita, fluorita, etc.).
Flotação Reversa: É aquela flotação onde as partículas dos minerais de ganga, 
são o alvo da flotação, isto é, deve interagir com as bolhas de ar e flutuar, sendo 
recolhidas na espuma, as partículas minerais de interesse econômico devem 
permanecer na polpa e afundar. Esta operação é utilizada para purificação de 
minérios já ricos. (Quadrilátero Ferrífero MG). 
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Introdução - Operações Mecânicas
Flotação – Utilização 
Industrial
Marcos na Flotação
• 1962 – 50 anos de aplicação da Flotação em escala industrial, contabilizou 
que mais de 1 milhão de toneladas de minério eram processadas apenas 
nos EUA diariamente através da Flotação;
• 1991 – Foram consumidos em todo mundo 300 milhões de dólares em 
coletores e espumantes;
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Introdução - Operações Mecânicas
Flotação – Utilização 
Industrial
Flotação em outras áreas
• Tratamento de efluentes - Na purificação de líquidos, onde pode ser 
utilizada na remoção de dejetos orgânicos e íons de metais pesados;
• Industria alimentícia – Remoção de substâncias corantes e impurezas 
sólidas das caldas de açúcar e sucos de frutas;
• Industria de papel – Remoção de tintas no papel reciclado;
• Reciclagem - A Kodak recupera prata metálica de resíduos fotográficos, 
utilizando técnicas de flotação;
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Introdução - Operações Mecânicas
Flotação – Utilização 
IndustrialNeylor Makalister/ Operações Unitárias I
 1 -OPERAÇÕES UNITÁRIAS MECÂNICAS:
 1.3 - OPERAÇÕES ENVOLVENDO SISTEMAS FLUIDOS
• Bombeamento
• Mistura e agitação de líquidos
Introdução - Operações Mecânicas
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 Transporte e armazenamento de Fluídos:
- Bombas 
Centrífugas (rotor).
Deslocamento positivo (pistão). 
-Válvulas (Controle e bloqueio).
- Tubulações.
- Medidores de vazão.
- Vasos Pressurizados. 
- Mistura e agitação. 
Introdução - Operações Mecânicas
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 Transporte e armazenamento de Fluídos:
• Máquinas Hidráulicas. 
• Definição: As máquinas hidráulicas promovem as trocas entre as 
energias mecânicas e hidráulica e se dividem em dois grupos : 
1. Máquinas geratrizes (Turbinas): transformam a energia hidráulica em 
energia mecânica, quando o fluído é impelido contra as suas pás e produz 
um conjugado no eixo.
• Turbinas Hidráulicas 
• Rodas d’água : o fluído vem por um canal, sendo impelido contra as 
pás, provocando um conjugado no motor, a água atua por peso ou por 
velocidade, em geral prevalecendo uma delas. 
Introdução - Operações Mecânicas
Neylor Makalister/ Operações Unitárias I
 Transporte e armazenamento de Fluídos:
Introdução - Operações Mecânicas
Neylor Makalister/ Operações Unitárias I
 Transporte e armazenamento de Fluídos:
Introdução - Operações Mecânicas
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Introdução - Operações Mecânicas
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Introdução - Operações Mecânicas
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Introdução - Operações Mecânicas
2 - Máquinas Motrizes: BOMBAS 
 Transformam o trabalho mecânico em energia hidráulica, comunicando ao 
líquido um acréscimo de energia na forma de energia potencial de pressão e 
cinética: 
 Bombas: 
• Deslocamento positivo 
• Bombas centrífugas 
• Bombas especiais 
Neylor Makalister/ Operações Unitárias I
Introdução - Operações Mecânicas
Bombas. 
 Definição: São máquinas operatrizes hidráulicas que entregam energia a uma 
massa líquida com a finalidade de transportá-la de um ponto a outro 
atendendo a certas condições de processo.
As bombas recebem energia em seu eixo de uma fonte externa e entregam 
parte desta energia ao líquido que circula em seu interior sob forma de energia 
cinética, energia de pressão ou ambas. 
 A relação entre a energia entregue a bomba e a energia cedida ao fluído 
recebe o nome de rendimento da bomba. 
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Introdução - Operações Mecânicas
Neylor Makalister/ Operações Unitárias I
Introdução - Operações Mecânicas
Comparação entre bombas de 
deslocamento positivo e turbo bombas 
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OPERAÇÕES UNITÁRIAS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR
São as operações de trocas térmicas entre fluídos. Mecanismos de troca de calor: 
 Condução – Contato entre dois corpos. 
 Convecção – Mistura de fluídos. 
 Radiação – Ondas de calor. 
Principais Equipamentos de Transferência de Calor. 
 Trocadores de calor. 
Introdução – Transferência de Calor
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OPERAÇÕES UNITÁRIAS DE TRANSFERÊNCIA DE MASSA
 São as operações de fluídos miscíveis.
 Propriedades das soluções: Principalmente diferenças de ponto de 
Ebulição. Volatilidade relativa.
 Principais operações de transferência de massa. 
 Destilação. 
 Adsorção – soluções líquido gás. 
 Absorção 
 Extração líquido-líquido 
 Cristalização 
 Troca iônica 
 Secagem de sólidos 
Introdução – Transferência de Massa
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1° Trabalho em grupo
Operações unitárias I
 Objetivo : Desenvolver um trabalho em word e apresentá-lo em power
point, com um tempo de apresentação de 25 minutos, onde será 
avaliado:
• Conhecimento técnico sobre o tema, pesquisas e domínio do 
assunto;
• Exposição do tema, técnicas de apresentação e oratória;
• Forma de montagem e formatação dos slides e do trabalho em 
word.
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 Temas
1. Britagem e moagem de sólidos
2. Peneiramento e transporte de sólidos
3. Filtragem e seus tipos de filtros (vácuo, sob pressão, centrifuga, 
hiperbárica e capilar)
4. Fluidização
5. Decantação e sedimentação
6. Bombas volumétricas (Deslocamento positivo, sendo alternativas e 
rotativas )
7. Evaporadores e condensadores
8. Adsorção
9. Absorção 
10.Cristalização
11.Extração liquido-liquido
12.Troca iônica
1° Trabalho em grupo
Operações unitárias I
Neylor Makalister/ Operações Unitárias I
 Datas para apresentação e entrega do Word: 
1. Britagem e moagem de sólidos
2. Peneiramento e transporte de sólidos
3. Filtragem e seus tipos de filtros (vácuo, sob pressão, centrifuga, 
hiperbárica e capilar)
4. Fluidização
5. Decantação e sedimentação
6. Bombas volumétricas (Deslocamento positivo, sendo alternativas e 
rotativas )
7. Evaporadores e condensadores
8. Adsorção
9. Absorção 
10.Cristalização
11.Extração liquido-liquido
12.Troca iônica
1° Trabalho em grupo
Operações unitárias I
"Há uma força motriz mais 
poderosa que o vapor, a 
eletricidade e a energia 
atômica:
a vontade."
( Albert Einstein ) 
Obrigado!