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Curso Superior de Tecnologia em Processos Químicos
Disciplina: Introdução aos Processos Industriais
Turma: PQ 311
Professora: Érica da C. F. Lemos
E-mail: erica.faria@ifrj.edu.br
1
	DISCIPLINA : Introdução aos Processos Industriais 		
	EMENTA 		
	1 	Introdução 	1.1 - Introdução ao processo industrial; 1.2 - Produção em larga escala; 1.3 - Operação unitária; 1.4 - Bases das operações unitárias. 
	2 	Válvulas 	2.1 - Classificação das válvulas; 2.2 - Utilização; 2.3 - Atuadores elétricos; 2.4 - Válvulas de controle automático. 
	3 	Bombas 	3.1 - Noções de hidrodinâmica; 3.2 - Classificação das bombas; 3.3 - Tipos de bombeamento; 3.4 - Escolha da bomba específica; 3.5 - Cálculos de NPSH e perdas de carga. 
	4 	Trocadores de calor 	4.1 - Mecanismos de transferência de calor; 4.2 - Classificação / tipos de trocadores de calor. 
	5 	Torres de resfriamento 	5.1 - Classificação / tipo de torres; 5.2 - Funcionamento. 
	6 	Caldeiras de vapor 	6.1 - Conceituação; 6.2 - Classificação; 6.3 - Funcionamento. 
	7 	Vasos de pressão 	7.1 - Definição; 7.2 - Classificação; 7.3 - Formatos; 7.4 - Modalidades; 7.5 - Dimensionamento. 
	8 	Evaporadores e torres de destilação 	8.1 - Definição; 8.2 - Tipos de evaporadores; 8.3 - Tipos de torres e características internas. 
	9 	Moinhos e tamises 	9.1 - Definição e classificação de moinhos; 9.2 - Características e aplicações dos moinhos; 9.3 - Classificação das tamises; 9.4. Designação / empregos. 
	10 	Misturadores e agitadores 	10.1 - Conceituação; 10.2 - Classificação; 10.3 - Funcionamento. 
	BIBLIOGRAFIA BÁSICA (03 Títulos)
1) MACINTYRE, A. J.. Equipamentos Industriais e de Processo, 1ª Edição Editora LTC, 1997
2) HIMMELBLAU, D. M. & RIGGS, J. B.. Engenharia Química - Princípios e Cálculos, 7ª Edição, Editora: LTC, 2006
3) SHREVE, R N. & BRINK JR., J..Indústrias de Processos Químicos, 4ª Edição, Editora LTC, 1980		
	BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR 
1) FELDER, R. M. & ROUSSEAU, R. W.. Princípios Elementares dos Processos Químicos, 3ª. Edição, Editora: LTC, 2005		
Links sugeridos:
http://www.marco.eng.br/reatores/fabricasdereatores.html
http://www.youtube.com/channel/HC7_1vvmokrds
http://www.youtube.com/watch?v=A7Gb7sF4sjk
http://www.youtube.com/watch?v=C561PCq5E1g
https://www.youtube.com/watch?v=FUzjaDkjb4Y
Prova 1: ?/2015
Matéria da Prova 1: Até a da semana anterior.
Provas 2: ? /2015
Matéria da Prova 2: Até a da semana anterior.
Prova 3: ?/2015
Matéria da Prova 3: Até a da semana anterior. 
Prova 4: ?/2015
Matéria da Prova 4: Até a da semana anterior. 
Observações:
1) A média final será calculada com duas maiores notas;
2) Não há segunda chamada, pois a média será feita com as duas maiores notas;
3) Em caso da média for abaixo de 5,75 e maior que 3,75; o aluno poderá fazer a VS;
4) Se média for menor que 3,75; o aluno estará reprovado direto.
Processo Químico
Matérias-primas
Mão-de-obra
Recursos
Produto
Resíduos
Processo Químico
O que é um Processo?
“O Processo pode ser qualquer conjunto de etapas que envolvem modificações de composição química, ou que envolvem certas alterações físicas no material que está sendo preparo, ou processado, ou separado, ou purificado (Princípios das Operações Unitárias. Foust e colaboradores,1982).”
O que é um Processo Químico?
A abrangência da definição de “processo químico” é tão grande que engloba setores específicos de grande magnitude como os metalúrgicos, nucleares e farmacêuticos, ao lado de outros como os processos petroquímicos, plásticos, cerâmicos, de síntese de produtos inorgânicos, orgânicos, ou bioquímicos, etc. Shreve e Brink Jr. em seu livro “Indústrias de Processos Químicos” classifica 38 tipos de processamentos químicos industriais de relevância.
O que é um Processo Químico?
São eles:
• Tratamento de água e proteção do meio ambiente
• Energia, combustíveis, condicionamento de ar e refrigeração
• Produtos carboquímicos
• Gases combustíveis
• Gases industriais
• Carvão industrial
• Indústrias de cimento
• Indústrias de vidro
• Cloreto de sódio e outros compostos de sódio
O que é um Processo Químico?
São eles:
• Indústria do cloro e dos álcalis: barrilha, soda, cáustica e cloro
• Indústrias eletroquímicas
• Indústrias eletrotérmicas
• Indústrias de fósforo
• Indústrias de potássio
• Indústrias do nitrogênio
• Enxofre e ácido sulfúrico
• Ácido clorídrico e diversos compostos inorgânicos
• Indústrias nucleares
O que é um Processo Químico?
São eles:
• Explosivos, agentes químicos tóxicos e propelentes
• Indústrias de produtos fotográficos
• Indústrias de tintas e correlatos
• Indústrias de alimentos e co-produtos
• Indústrias agroquímicas
• Perfumes, aromatizantes e aditivos alimentares
• Óleos, gorduras e ceras
• Sabões e detergentes
• Indústrias do açúcar e do amido
• Indústrias de fermentação
O que é um Processo Químico?
São eles:
• Indústrias de produtos fotográficos
• Indústrias de tintas e correlatos
• Indústrias de alimentos e co-produtos
• Indústrias agroquímicas
• Perfumes, aromatizantes e aditivos alimentares
• Óleos, gorduras e ceras
• Sabões e detergentes
• Indústrias do açúcar e do amido
• Indústrias de fermentação
• Derivados químicos da madeira
• Indústrias de polpa de papel
O que é um Processo Químico?
São eles:
• Indústrias de fibras e películas sintéticas
• Indústrias da borracha
• Indústrias de plásticos
• Refinação do petróleo
• Indústria petroquímica
• Intermediários, corantes e suas aplicações
• Indústria farmacêutica
O que são as Operações Unitárias?
Em 1915, nos EUA, A. D. Little definiu as Operações Unitárias como sendo: 
“É qualquer processo químico, qualquer que seja a sua escala, pode ser decomposto numa série coordenada do que se podem denominar “ações unitárias”, como moagem, misturação, aquecimento, ustulação1, absorção, condensação, lixiviação2, precipitação, cristalização, filtração, dissolução, etc. O número destas operações unitárias básicas não é muito grande e relativamente poucas delas estão presentes num processo particular qualquer (Princípios das Operações Unitárias. Foust e colaboradores,1982).”
1Queima de sulfeto para obtenção de metais como Ag, Cu, Pb, Hg e Zn;
2Extração sólido-líquido, também denomida do de lavagem.
O que são Processos Unitários?
Os Processos Unitários são transformações químicas (reação) ou conversões químicas que transformam a matéria-prima no produto desejado. Podem ser de origem orgânica e inorgânica. Compreendem o conjunto de parâmetros que processam as reações químicas, como: mecanismo de reação, condições dos reagentes e matérias-primas (grau de pureza, composição de mistura, etc.) que serão utilizadas nos processos, condição de pressão e temperatura, tipos de catalisadores, etc. 
Slide elaborado com base no livro Operações Unitárias em sistemas particulados e fluidomecânicos. Marco Aurélio Cremasco, Editora Blucher, 2012.
Processo simplificado de tratamento de água
Estação de Tratamento da água (ETA) convencional apresenta as seguintes etapas: I. Oxidação/aeração (remoção Fe e Mn, por adição de Cl e de ar); II. Correção do pH (c/ Ca(OH)2, auxilia etapa III); III. Coagulação/floculação (formação de agregados c/ a adição de Al2(SO4)3); IV. Decantação/sedimentação; V. Filtração; VI. Desinfecção (a base de Cl); VII. Correção do pH (c/ Ca(OH)2 p/ remoção de CO2 livre) e VIII. Fluoretação.
Processo simplificado de tratamento da água
Processo simplificado de tratamento de água
Slide elaborado com base no livro Operações Unitárias em sistemas particulados e fluidomecânicos. Marco Aurélio Cremasco, Editora Blucher, 2012.
Processo contínuo de óleos comestíveis (vegetais e animais)
DEGOMAGEM & NEUTRALIZAÇÃO (SAPONIFICAÇÃO)
CLARIFICAÇÃO
Fluxograma do processamento contínuo de óleos comestíveis
Processo contínuo de óleos comestíveis (vegetais e animais)
A etapa de Degomagem de óleos consiste na remoção dos fosfatídeos, proteínas e substâncias coloidais (gomas) através da hidratação, pois são insolúveis no óleo, o que possibilita a remoção. É uma etapa importante, pois as gomas formação complexos
saponificáveis.
Os ácidos graxos livres são neutralizados por soda cáustica (NaOH) ou por barrilha (Na2CO3), formando sabões ou borras (saponificação) removidos por centrifugação dos ácidos graxos que estão sendo recuperados. 
A Clarificação dos óleos é feita em tanque contendo argila adsorvente (terra de alvejamento).
A Hidrogenação visa conservar o óleo de soja, por meio da eliminação das duplas ligações entre os átomos de carbono dos ácidos graxos insaturados, que formam os triglicerídeos que compõem o óleo, bem como dos ácidos graxos livres.
A Desodorização é a remoção de sabores e odores indesejáveis. As principais substâncias removidas são: aldeídos, cetonas, ácidos graxos oxidados, produtos de decomposição de proteínas, carotenóides e esteróis, formados durante o armazenamento e processamento; hidrocarbonetos insaturados e ácidos graxos de cadeia curta e média, naturalmente presentes nos óleos; ácidos graxos livres e peróxidos.
Tipos de Processo
 Tempo e tipo (modo) de Operação 
 Processo Contínuo 
 Processo Descontínuo (por batelada)
 Processo Semi-contínuo
 Processo Discreto
Tipos de Processo
Tempo e tipo (modo) de Operação 
Processo Contínuo:
Fluxo constante de matérias-primas e de produtos em todos os equipamentos.
Um processo industrial é contínuo quando a matéria-prima entra num lado do sistema e o produto final sai do outro, continuamente. 
 Neste processo o termo contínuo significa um período de tempo relativamente longo, medido em horas, em dias e até em meses dependendo do processo.
 Um processo contínuo pode levar até vários dias para entrar em regime estável e permanente de produção. 
Tipos de Processo
Tempo e tipo (modo) de Operação 
Processo Contínuo:
As seguintes empresas possuem processos contínuos:
 Vale, antiga CVRD (Mineração, logística, energia, siderurgia)
 Vale Fertilizantes, antiga Ultrafertil S/A (Fertilizantes);
 USIMINAS (Mineração/Siderurgia);
 Suzano (Indústria de papel e celulose);
 Votorantim (Cimento, metais, siderurgia, celulose, agroindústria, finanças);
Petrobras (Energia);
 CSN (Siderurgia);
 etc. 
Tipos de Processo
 Tempo e tipo (modo) de Operação 
Na maior parte das operações químicas de processamento é mais econômico manter o equipamento em operação contínua e permanente, com um mínimo de perturbações ou de paradas. Nem sempre esta situação é conveniente nas operações de pequena escala, ou em operações onde a ação da corrosão obriga a reparos frequentes, ou graças a diversas outras razões particulares.
Tipos de Processo
 Tempo e tipo (modo) de Operação 
Processo Descontínuo (por batelada):
Um equipamento é carregado com as matérias-primas, a operação ou a conversão ocorrem após um tempo determinado, quando então o produto é descarregado.
No processo em batelada, uma dada quantidade de material é processada através de passos unitários, cada passo sendo completado antes de passar para o seguinte.
 A entrada do processo em batelada é feita por quantidades discretas de modo descontínuo.
Tipos de Processo
 Tempo e tipo (modo) de Operação 
Processo Descontínuo (por batelada):
 O processo é alimentado, a operação é executada, o produto é descarregado e reinicia-se outro ciclo.
 Cada operação do processo em batelada pode ser considerada como um processo contínuo, porém o tempo envolvido é relativamente pequeno, medido em minutos ou horas. 
Como a maioria dos problemas de controle ocorre durante os transientes da partida, o processo tipo batelada é mais difícil de ser controlado, pois ele realiza muitas partidas e fica parado durante intervalos de tempo.
Tipos de Processo
 Tempo e tipo (modo) de Operação 
Processo Descontínuo (por batelada):
 As seguintes empresas possuem processos em bateladas:
 Ambev;
Brasil Kirin;
 Nestlé;
 Avon;
 Natura;
 etc.
Processo Semi- Contínuo:
 São processos onde as partidas (bateladas) do mesmo produto são feitas uma após a outra.
 ou
 Onde uma parte do processamento é feito em batelada e a outra parte é feita de forma contínua.
Ex.: Bioprocessos.
Tipos de Processo
 Tempo e tipo (modo) de Operação 
Tipos de Processo
 Tempo e tipo (modo) de Operação 
Processo Discreto:
 No processo discreto, cada item a ser fabricado é processado em uma etapa, como um item separado e individual. 
 As montadoras de automóveis, fábricas de auto-peças e industrias eletroeletrônicas são exemplos de processos discretos.
 Neste tipo de processo, atualmente, usam-se células de manufatura com robôs, máquinas de comando numérico computadorizado (CNC) para executar certas operações repetitivas .
Tipos de Processo
 Tempo e tipo (modo) de Operação 
Processo Discreto:
 As seguintes empresas possuem processos discretos:
 Volkswagen;
 Fiat;
 GM;
 Ford;
Citröen;
 Bosch;
 etc.
 O processo contínuo exige uma instrumentação de processo mais complexa, que não somente registre, mas também controle as variáveis do processo (temperatura, vazão, pressão...).
 É necessário controlar os desvios e corrigi-los rapidamente.
 Controle informatizado do processo.
 Custos são altos para pequenas produções, mas se diluem para grandes produções.
Tipos de Processo
 Tempo e tipo (modo) de Operação 
O processo descontínuo é utilizado quando o volume de produção é pequeno, quando o custo de produção é mais favorável que o do processo contínuo ou quando condições de segurança são fundamentais.
Tipos de Processo
 Tempo e tipo (modo) de Operação 
Processamento Químico
Fluxogramas
Representação Gráfica de um Processo
DEFINIÇÃO:
É a representação gráfica simplificada por meio de figuras e letras, de estrutura e do funcionamento de instalações de processamento.
CLASSIFICAÇÃO:
 Diagrama de blocos
 Fluxograma simplificado
 Fluxograma de Engenharia
Fluxogramas
Fluxogramas
 É uma sequencia coordenada das conversões químicas e das operações unitárias, expondo os aspectos básicos do processo químico.
 Indica pontos de entrada de matérias-primas e de utilidades e os pontos de retirada dos produtos e subprodutos.
 Podem ser simples, na forma de diagramas de blocos ou detalhados.
Fluxogramas de Processos
É uma representação gráfica de um processo. Um fluxograma descreve o processo o processo real com suficientes detalhes, de modo que podemos usá-lo para formular balanços materiais (e de energia). Também são usados para resolver problemas, controlar condições operacionais e conseguir a otimização de desempenho de processos.
Representação Gráfica de um Processo
Representação Gráfica de um Processo
Diagrama de Bloco do Processo de Fabricação do Açúcar
Representação Gráfica de um Processo
Fluxograma simplificado da produção de celulose pelo método Kraft
Representação Gráfica de um Processo
Fluxograma de Engenharia ETE Cambuí - Processo de Floculação e Flotação
Representação Gráfica de um Processo
Fluxograma
Diagrama de Blocos
Fluxograma de preparação dos grãos de soja para extração do óleo 
1-Secagem, 2-Armazenagem, 3-Pré-limpeza, 4-Moinhos 5-Condicionador, 6-Laminador, 7-Extrator , 8-Dessolventizador tostador, 9-Destilação, 10-Centrifugação
Diagrama em blocos da extração e beneficiamento do óleo de soja
Representação de um Processo Químico
Fluxograma de Engenharia Produção de ácido nítrico
Representação de um Processo Químico
Representação de um Processo Químico
Representação de um Processo Químico
Representação de um Processo Químico
Representação de um Processo Químico
Curso Superior de Tecnologia em Processos Químicos
Disciplina: Introdução aos Processos Industriais
Turma: PQ 311
Professora: Érica da C. F. Lemos
E-mail: erica.faria@ifrj.edu.br
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Desenvolvimento de um Processo Químico (Hierarquia)
Visão geral: Nem toda a matéria-prima reage, nem tudo o que reage se converte no produto de interesse (100% no produto a que se tem interesse).
Desenvolvimento de um Processo Químico (Hierarquia)
Visão geral: Para um mesmo reator e sistema de separação há diversas alternativas para recuperação de calor.
Desenvolvimento de um Processo Químico (Hierarquia)
Visão
geral: Alterações no reator geram impacto nas etapas subseqüentes:
 Separação e reciclo;
 Recuperação de calor
 
Hierarquia do Desenvolvimento do Processo
Diagrama Cebola
O reator é ideal para processos em que é necessário que ocorra homogeneização, cisalhamento, mistura e controle de temperatura que farão acontecer as reações químicas. Um reator pode ser feito em aço carbono ou aço inoxidável e equipado com sistemas diversificados de agitação, a depender do ramo de atividade para o qual será destinado. 
Principais Funções: Homogeneizar, desaglomerar, fundir, emulsificar e dissolver.
Especificações Técnicas: O investimento se torna alto porque são necessários outros equipamentos para trabalhar em conjunto com o reator. Esses equipamentos são: caldeira, torre de resfriamento, tanques de armazenamento, diluidores, pré-mix, filtros e bombas. O reator possui uma geometria exata dentro dos conformes e de acordo com o processo (seguindo especificações de normas para construção). 
Reator – Definição:
Reatores (Critérios básicos para a escolha)
Características de Desempenho
 Rota Sintética - Fatores para a escolha:
 Alternativas de rota:
	Matérias-primas baratas e geração de menos subprodutos;
 Geração de menor quantidade de subprodutos.
 Comerciais/Técnicas
 Uso de catalisadores
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Reatores (Critérios básicos para a escolha)
Características de Desempenho
É impossível prever todas as conseqüências da escolha da rota nos estágios preliminares do desenvolvimento.
Exemplo de critério: potencial econômico
Estudo de Caso – Produção de Cloreto de Vinila – parte 1 de 2
Reatores (Critérios básicos para a escolha)
Características de Desempenho
É impossível prever todas as conseqüências da escolha da rota nos estágios preliminares do desenvolvimento.
Exemplo de critério: potencial econômico
Estudo de Caso – Produção de Cloreto de Vinila – parte 2 de 2
Reatores (Critérios básicos para a escolha)
Características de Desempenho
Tipos de Sistema Reacional:
 Reações Simples: seu comportamento cinético pode ser representado por uma única expressão de velocidade.
 Múltiplas Reações: seu comportamento cinético é representado por uma várias expressões de velocidade. Podendo ser ainda em paralelo, em série ou misto.
 Reações de Polimerização
 Reações Bioquímicas (Reações de Fermentação)
Reatores (Critérios básicos para a escolha)
Características de Desempenho
Tipos de Sistema Reacional:
Reações Simples
Reações Múltiplas – em paralelo
Reatores (Critérios básicos para a escolha)
Características de Desempenho
Tipos de Sistema Reacional:
Reações Múltiplas – em série
Reações Múltiplas – Mistas ou Complexas (em série e em paralelo)
Reatores (Critérios básicos para a escolha)
Características de Desempenho
Tipos de Sistema Reacional:
Reações de Polimerização
Reações Bioquímicas
Ácido cítrico
Frutose
Glicose
Industria Química
A produção em escala industrial de um produto envolve três fases:
Desenvolvimento em laboratório - estudo detalhado das conversões químicas e das condições físicas (temperatura, quantidades, catalisadores, etc.) necessárias para sua execução; 
Desenvolvimento do produto em escala semi-industrial - equipamentos que reproduzem o processo planejado - conversão química e operações físicas necessárias numa escala bem menor que a industrial. 
Projeto e implantação do processo em escala industrial.
Conceitos de Processos Químicos Industriais
Reatores (Critérios básicos para a escolha)
Características de Desempenho
Parâmetros Importantes:
Reatores (Critérios básicos para a escolha)
Funções a serem desempenhadas pelo reator:
Parâmetros Importantes:
 Proporcionar o tempo de contato necessário entre os reagentes e catalisadores (se for o caso) para a reação → Tempo de residência.
 Facilitar a mistura (contato) entre as fases presentes no sistema reacional:
 Natural (promovida pela fluidodinâmica)
 Induzida (promovida por agitadores e misturadores)
 Ceder ou remover calor do sistema para manter a faixa de temperatura desejada → conhecimentos termodinâmicos
Reatores (Critérios básicos para a escolha)
Funções a serem desempenhadas pelo reator:
Os dispositivos de agitação e mistura realizam: mistura de líquidos miscíveis; dispersão de líquidos imiscíveis ou de gases em líquidos; suspensão de partículas sólidas em uma lama; aumento da troca térmica entre o fluido e os limites do vaso; aumento da transferência de massa entre fases dispersas.
Misturadores Estáticos
Misturadores do tipo hélice
Misturadores Estáticos
Reatores (Critérios básicos para a escolha)
Reatores (Classificação dos reatores industriais)
Reatores (Classificação dos reatores industriais)
Reatores (Classificação dos reatores industriais)
Reatores (Classificação dos reatores industriais)
Reatores usados em Modelos Ideais – Tipos:
 Batelada
 Reator Contínuo Perfeitamente Misturado (Continuous Stirred-Tank Reactor - CSTR)
Tubular (Plug-flow)
Batelada
CSTR
Tubular
Reatores (Classificação dos reatores industriais)
Reatores (Classificação dos reatores industriais)
Reatores (Classificação dos reatores industriais)
Curso Superior de Tecnologia em Processos Químicos
Disciplina: Introdução aos Processos Industriais
Turma: PQ 311
Professora: Érica da C. F. Lemos
E-mail: erica.faria@ifrj.edu.br
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Válvulas
Definição: Válvulas são dispositivos destinados a estabelecer, controlar e interromper a descarga de fluidos nos encanamentos.
Funções/Características: Garantir segurança; permitir desmontagens para reparos ou substituições de elementos de instalação.
Fatores a serem considerados: Tipo/Finalidade; propriedades físicas e químicas do fluido; pressão e temperatura e sistema de acionamento da válvula.
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Válvulas & Registros - Diferenças
Registros são dispositivos de controle de passagem da descarga comandados manualmente.
Válvulas os dispositivos de controle de passagem da descarga comandados automaticamente, seja pelo efeito da variação de pressão e escoamento ou por alguma razão dependente da operação realizada.
Alguns fabricantes consideram os registros dispositivos de controle manual de passagem, porém só utilizados para água potável, e consideram e chamam as válvulas como dispositivos destinados a operações em escala industrias com todos os tipos de fluidos para as CNTP e condições especiais também, indiferentemente de se tratar de acionamento manual ou automático.
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Válvulas – Classificação (baseada na natureza do acionamento)
1- Acionadas manualmente:
Válvula volante;
Válvula manivela.
2- Comandadas por motores:
Hidráulico;
Com motor;
Elétrico;
Com solenóide;
Pneumático.
3- Acionadas pelas forças provenientes da ação do próprio líquido em escoamento (válvulas automáticas):
De bloqueio;
De regulagem.
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Aberta 
Fechada 
Aberta 
Aberta 
Fechada 
Fechada 
Válvulas – Classificação (baseada na natureza do acionamento)
1- Acionadas manualmente:
Válvula volante: de ação direta ou indireta, comandadas por correntes, quando se encontra localizada fora do alcance do operador.
Válvula manivela: acionada por sistemas de engrenagens para reduzir o esforço do operador.
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Válvulas – Classificação (baseada na natureza do acionamento)
2- Comandadas por motores:
Hidráulico: são por servomecanismos (associação da mecânica com a eletrônica) oleodinâmicos.
Com motor e redutor de velocidade de engrenagens ligados à hastes da válvula. Usa-se em válvulas grandes.
Elétrico.
 Com solenóide: age pela ação de um eletroímã que provoca o deslocamento da haste da válvula. Usa-se em pequenas dimensões.
Pneumático: do tipo diafragma, abertura rápida por ação de ar comprimido ou vácuo.
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Válvulas – Classificação (baseada na natureza do acionamento)
3- Acionadas pelas forças provenientes da ação do próprio líquido em escoamento (válvulas automáticas):
De bloqueio: Funcionam completamente fechadas ou completamente abertas. Tipo mais comum é válvula ou registro de gaveta, que é caracterizada pelo movimento retilíneo alternativo de uma
peça de vedação (a gaveta) ao longo de um assento ou sede.
De regulagem.
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Curso Superior de Tecnologia em Processos Químicos
Disciplina: Introdução aos Processos Industriais
Turma: PQ 311
Professora: Érica da C. F. Lemos
E-mail: erica.faria@ifrj.edu.br
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Válvulas de Gaveta (Gate Valves)
Características: 
Quando completamente abertas a perda de carga* gerada é desprezível, mas quando fechadas a perda de carga é elevada. Não destinadas para o uso como válvula de regulagem.
São de baixo custo e por amplo emprego nas instalações de bombeamento. 
Acionadas manualmente ou comando elétrico, hidráulico ou pneumático. 
*perda de energia ao escoar, gerada na parte linear da tubulação (perda de carga normal ou contínua) e também por elementos como válvulas, joelhos entre outros (perda de carga acidental ou localizada)).
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Válvulas de Gaveta (Gate Valves)
http://www.valmastervalvulas.com.br/produtos_valvulas_gaveta.html
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Válvulas de Gaveta (Gate Valves)
Materiais empregados:
 Bronze (normas API1-6D-API-600 e API-604).
 Ferro fundido cinzento (norma ASTM2-A 126 grau B) tem duas séries; as de registros ovais (obedecem ao P-PB 371/1964 ABNT3) e registros chatos. Principais fabricantes Barbará, Niagara, Ibrave, Incoval, Civa, Duratex, São da Cia..
 Ferro dúctil ou ferro fundido nodular4 tem resistência à corrosão e mecânica, apresenta flexibilidade, e resistência a choques.
 Aço fundido: Altas pressões (norma P-EB 141 ABNT e norma API-600).
 Aço Forjado.
1API = American Petroleum Institute; 2ASTM = American Society for Testing and Materials; 3ABNT = Associação Brasileira de Normas Técnicas 4Ferro fundido c/ grafite esferoidal = liga de ferro-carbono fundida.
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Válvulas de Esfera (Ball Valves)
Características: 
São de uso geral, de fechamento rápido, muito utilizadas p/ ar comprimido, vácuo, vapor, gases e líquidos.
O fluxo é controlado por uma esfera, por comando manual (sistemas de alavanca).
Principais fabricantes Sarco S.A., Ind. E Comércio, INV, Calixto e a Civa. 
Produzidas normalmente em aço inoxidável, aço-carbono e bronze.
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Válvulas de Esfera (Ball Valves)
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Válvulas de Fundo de Tanque
Características: 
São usadas em processos químicos, possuem passagem plena, garantindo rápido escoamento c/ um mínimo de perda de carga.
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Válvulas de Macho (Plug, Cock Valves)
Características: 
Aplicação do tipo predial (torneiras de macho). 
Não oferece perfeita estanqueidade (sem vazamento), ou seja, pode vazar.
Produzidas em ferro cinzento, ferro dúctil e aço fundido.
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Válvulas de Macho (Plug, Cock Valves)
Válvula Macho Duplo Bloqueio
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Válvulas de Regulagem
(Throttling Valves)
Características: 
Permitem um eficiente controle do escoamento, devido ao “estrangulamento” que provocam. Possibilitam também o bloqueio total do líquido.
Se dividem em: válvulas de globo (globe valves) e válvulas de diafragma.
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Válvulas de Regulagem
Válvula de Globo (Globe Valves)
Características: 
Servem para regulagem da descarga. Apresentam perfeita estanqueidade.
Seu custo é inferior as válvulas de gaveta.
Podem ser ou não de rosquear e, são normalmente confeccionadas em bronze.
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Válvulas de Regulagem
Válvula de Globo (Globe Valves)
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Válvulas de Regulagem
Válvula de Diafragma
Características: 
Muito utilizadas em instalações industriais de ar comprimido, líquidos, gases raros, corrosivo e perigosos. 
O diafragma é a peça que garante a estanqueidade e participa da vedação e regulagem. O diafragma pode ser de Teflon ou Neoprene e outras borrachas sintéticas.
Fabricantes: Civa, Omel S.A..
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Válvulas de Regulagem
Válvula de Diafragma
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Válvulas Esféricas ou Rotoválvulas
Características: 
Possuem uma estrutura cilíndrica capaz de girar em torno de um eixo, podendo vedar ou dar ampla passagem à água.
São de dimensões grandes, empregadas em elevatórias de grande porte.
99
Válvulas Esféricas ou Rotoválvulas
100
Válvulas-Borboleta (Butterfly Valve)
Características: 
Possuem um disco giratório biconvexo no interior de uma cavidade esférica, que possibilita um fechamento estanque ou uma ampla passagem da água, ou ainda, uma graduação intermediária no valor de descarga.
Confeccionada em bronze, alumínio, ferro fundido nodular ou aço inoxidável.
Empregada nas instalações de bombeamento, na linha de sucção quando a bomba está “afogada”.
Principais fabricantes: Haupt São Paulo S.A. e a Barbará S.A..
101
Válvulas-Borboleta (Butterfly Valve)
102
Válvulas Anulares ou de Agulhas (Needle Valves)
Características: 
Possuem sistema de fecho, c/ boas condições de regulação e necessitando de esforços pequenos para o acionamento.
São empregadas também como válvulas de alívio*.
*Os termos "alívio", "segurança", e "alívio e segurança" se aplicam a válvulas que têm a finalidade de aliviar a pressão de um sistema. Nas indústrias de processo químico em geral, costuma-se chamar todas essas de válvulas de segurança, porém existem diferenças, principalmente no tipo de fluido e, conseqüentemente, no processo construtivo de cada uma.
103
Válvulas Anulares ou de Agulhas (Needle Valves)
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Válvulas que escoamento em só sentido – Válvulas de retenção
Características: 
Fecham-se automaticamente por diferença de pressão provocada pelo próprio escoamento do líquido, quando há tendência na inversão do sentido do escoamento. Por esta característica, normalmente é colocada em bombeamento de fluidos, seja na sucção (como válvula de pé), seja no recalque.
105
Válvulas que escoamento em só sentido – Válvulas de retenção
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Válvulas de controle de pressão de montante. Válvula de alívio (Relief Valve) ou Válvula de segurança (Safety Valve)
Características: 
Servem p/ diminuir os efeitos das variações de pressão decorrentes de variações da vazão, causadas por alguma perturbação, voluntária ou involuntária, que se imponha ao fluxo de líquidos em condutos, tais como operações de abertura ou fechamento de válvulas, falhas mecânicas de dispositivos de proteção e controle, parada de turbinas hidráulicas e ainda de bombas causadas por queda de energia no motor, havendo, no entanto, outros tipos de causas (efeito de aríete).
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Válvulas de controle de pressão de montante. Válvula de alívio (Relief Valve) ou Válvula de segurança (Safety Valve)
Válvula de alívio
109
Válvulas de inclusão ou expulsão do ar (ventosas)
Características: 
Permitem a saída do ar que tenha ficado em adutoras por gravidade ou nas tubulação forma algum sifão. Utilizadas normalmente, na parte alta dos sifões ou após um trecho horizontal longo ou c/ pequeno desnível, p/ liberar possíveis bolhas de ar em sistemas pressurizados.
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Válvulas de controle, as de redução de pressão e outras classificadas como diversas.
Características: 
Ventosas: permitem a saída do ar que tenha ficado em adutoras por gravidade ou nas tubulação forma algum sifão. Utilizadas normalmente, na parte alta dos sifões ou após um trecho horizontal longo ou c/ pequeno desnível, p/ liberar possíveis bolhas de ar em sistemas pressurizados.
111
Válvulas de controle e Válvulas de redução de pressão e outras classificadas como diversas.
Características: 
De controle: Destinadas a controlar o nível do líquido, a descarga, a pressão ou a temperatura de um fluido, comandadas a distância por instrumentos automáticos ou sensores. Parecidas c/ a válvula globo.
De redução de pressão: Funcionam automaticamente em virtude da atuação do próprio líquido em escoamento, independente da atuação de qualquer força exterior. E assim, regulam a pressão.
Diversas: Válvulas em Y (p/ escoamentos c/ reduzida perda descarga e estanqueidade total); Registro automático de entrada de água em reservatórios (possui uma bóia que se desloca em função do nível da água no reservatório, fecha a entrada ao atingir o nível).
112
Válvula em Y
(similar a válvula globo) 
Curso Superior de Tecnologia em Processos Químicos
Disciplina: Introdução aos Processos Industriais
Turma: PQ 311
Professora: Érica da C. F. Lemos
E-mail: erica.faria@ifrj.edu.br
121
Bombas
Como é possível fazer a água fluir para uma condição de energia maior, como por exemplo de um poço para uma caixa d'água elevada?
Quanto de energia a bomba deve fornecer?
122
Altura de sucção
Altura de recalque
Altura geométrica
Altura de sucção
Comprimento de recalque
Comprimento
 de sucção
União
Válvula de retenção
Válvula 
de gaveta
Válvula de pé 
com crivo (VPC)
123
htotal : É a perda de carga total é oriunda das perdas de carga contínuas ou normais (perdas ao longo dos trechos retos de uma tubulação, em função do comprimento, material e diâmetro) e as perdas de carga acidentais ou localizada (são aquelas proporcionadas por elementos que compõem a tubulação, exceto a tubulação propriamente dita). Perdas de cargas acidentais: joelhos (peças com curvas de 90˚ou 45˚), registros, válvulas, luvas, etc.
125
Bombas
A água sempre fluirá naturalmente de uma condição de energia maior para outra de energia menor. 
Exemplo: Um reservatório elevado (altura geométrica maior).
Como é possível fazer a água fluir para uma condição de energia maior, como por exemplo de um poço para uma caixa d'água elevada?
Obviamente fornecendo energia à água. É isso que uma bomba hidráulica faz, ou seja, converte a energia mecânica que recebe do motor de acionamento em energia hidráulica.
 Quanto de energia a bomba deve fornecer?
Deve fornecer uma quantidade de energia total específica (por unidade de peso), ou seja, uma altura manométrica total, igual à variação de altura geométrica somada às perdas de carga na tubulação. 
126
CÁLCULO DAS PERDAS DE CARGA ACIDENTAIS OU LOCALIZADA
	É a parcela da perda de carga que se verifica nos acessórios (válvulas, conexões, saídas de reservatórios, etc.) devido a distúrbios locais do fluxo. A perda de carga localizada pode ser determinada através de um dos métodos descritos a seguir:
1 – Método direto:
	Neste método a perda localizada é determinada através da seguinte fórmula:
	
Perda de carga local = (K . V2) / 2g 
	É expressa em m.c.l. (metros de coluna de líquido).
	
Onde: K = Coeficiente experimentalmente tabelado para cada tipo de acessório, em função do diâmetro da tubulação e encontrado em tabelas; v = Velocidade de escoamento do líquido (m/s); g = Aceleração da gravidade local (m/s2 )
127
CÁLCULO DAS PERDAS DE CARGA ACIDENTAIS OU LOCALIZADA
1 – Método direto:
128
CÁLCULO DAS PERDAS DE CARGA ACIDENTAIS OU LOCALIZADA
	2 – Método do Comprimento equivalente (Leq):
	Consiste este método em determinar-se um comprimento reto de tubulação que causaria a mesma perda de carga do acessório considerado. Este comprimento equivalente (Leq) se encontra em gráficos e tabelas práticas em função do diâmetro da tubulação.
	Encontrando-se o comprimento equivalente do acessório, o cálculo da perda de carga localizada é feito através da seguinte fórmula:
Perda de carga local = Leq x J 
	
Onde: Leq = Comprimento equivalente (m ou ft); J = Perda de carga unitária, expressa em coluna por unidade de peso escoado e por unidade de comprimento do encanamento (é função do diâmetro da tubulação, da velocidade de escoamento, do coeficiente de atrito e da rugosidade relativa). 
129
CÁLCULO DAS PERDAS DE CARGA ACIDENTAIS OU LOCALIZADA
	2 – Método do Comprimento equivalente (Leq):
130
CÁLCULO DAS PERDAS DE CARGA ACIDENTAIS OU LOCALIZADA
	2 – Método do Comprimento equivalente (Leq):
131
Bombas
Definição: São máquinas geratrizes ou operatrizes hidráulicas, ou seja, que recebem trabalho mecânico, geralmente de outra máquina, que o converte em energia cedida para os fluidos, causando aumento na energia do fluido sob a forma de energia potencial, de pressão e cinética. O modo pelo qual é feita a transformação do trabalho em energia hidráulica e o recurso para cedê-lo ao líquido aumentando sua pressão e/ou sua velocidade permite a classificação em bombas de deslocamento positivo e turbomáquinas.
Função: Fornecer energia ao fluido para que possa ser deslocado.
Energia elétrica → Energia mecânica → Energia hidráulica
132
Bombas
Para o Fluido Real Incompressível SEM Máquina
Para o Fluido Real Incompressível COM Máquina 
m
134
Bombas
Máquinas de Fluido
Máquinas de Deslocamento Positivo
Máquinas de Fluxo (Turbomáquina)
A transferência de energia é feita por variações de volume que ocorrem devido ao movimento da fronteira na qual o fluido está confinado. Estas podem ser rotativas como a bomba de engrenagens ou alternativas como o compressor de pistão.
Dispositivos fluidomecânicos que direcionam o fluxo com lâminas ou pás fixadas num elemento rotativo. Não há volume confinado numa turbomáquina. As bombas dinâmicas ou centrífugas funcionam cedendo energia de um fluido em constante movimento.
136
Máquinas de Fluido
Máquinas de Deslocamento Positivo
Máquinas de Fluxo (Turbomáquina)
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CLASSIFICAÇÃO DAS MÁQUINAS DE DESLOCAMENTO
As máquinas de deslocamento podem ser classificadas em:
Máquinas alternativas (tipo pistão ou êmbolo ou do tipo diafragma) – onde o fluido recebe a ação da força diretamente de um pistão ou êmbolo ou de uma membrana flexível (diafragma), conforme a Figura 1.
Máquinas rotativas (tipo palhetas, de engrenagens, de lóbulos ou de parafuso) – onde o fluido recebe a ação de forças provenientes de uma ou mais peças dotadas de movimento rotativo que, comunicando energia de pressão, provocam seu escoamento, conforme a Figura 2.
Fig. 2
Fig. 1
138
Sucção
Recalque ou descarga
Máquina alternativa de pistão 
Máquina alternativa de diafragma
Máquina rotativa de lóbulos
Máquina rotativa de engrenagens
Máquinas de Deslocamento Positivo
Bomba de Engrenagem
Bombas de Palhetas
Bombas de Lóbulos
Máquinas de Deslocamento Positivo
140
Figura 1: Vista lateral do caracol e rotor em corte de uma bomba centrífuga;
Figura 2: Vista frontal do caracol e rotor em corte de uma bomba centrífuga;
Figura 3: Caracol de descarga centralizada com difusor fixo.
Bombas centrífugas
141
Os rotores das bombas centrífugas podem ser fechados, semiabertos, ou abertos (figura abaixo). Os rotores fechados têm paredes laterais minimizando o vazamento entre a aspiração e descarga. São utilizados para bombeamento de líquidos limpos. O rotor semiaberto é fechado só na parte traseira. Os rotores abertos não apresentam paredes laterais. Ambos são utilizados para bombear líquidos viscosos ou contendo sólidos em suspensão.
Os rotores das bombas são fundidos numa única peça, podendo ser de ferro fundido, bronze ou inox. Também são fabricados em material plástico ou borracha.
Bombas centrífugas
A energia é fornecida continuamente ao fluido por um rotor, que gira a alta velocidade aumentando a energia cinética que depois é transformada em energia de pressão.
	Princípio de funcionamento
O líquido é succionado (aspirado) pela ação de um impulsor (rotor) que gira rapidamente (altas velocidades) dentro da carcaça. 
O movimento produz uma zona de vácuo (no centro) e outra de alta pressão (na periferia). 
Bombas centrífugas
143
 Características:
- Opera com vazão constante;
- Simplicidade de modelo;
- Muito utilizadas na indústria: pequeno custo inicial,manutenção barata e flexibilidade de aplicação;
- Permite bombear líquidos com sólidos em suspensão;
- Vazão desde 1 gal/min até milhares galões/min, e centenas psi;
- Constitui em duas partes: carcaça e rotor;
 O fluido entra nas vizinhanças do eixo do rotor e é lançado para a periferia pela ação centrífuga. 
 Energia Cinética: Aumenta do centro para a periferia do rotor ( ponta das palhetas propulsoras). Esta energia cinética é então convertida em pressão quando o fluido sai do rotor para a carcaça espiral ( voluta ou difusor ). 
Bomba centrífuga → Converte energia mecânica em energia cinética
 Rotor: É o coração da bomba, o qual é constituído de diversas palhetas ou lâminas conformadas de modo a proporcionarem um escoamento suave do fluido em cada uma delas.
Carcaça: Transforma energia cinética em energia de pressão com pequena perda por turbulência.
- serve de contentor para o fluido.
- oferece entrada e saída.
Bombas centrífugas
145
Sempre que num dado ponto de um escoamento de um líquido a pressão absoluta1 (endenter como a pressão do sistema na entrada da bomba) cai abaixo da pressão de vapor2 local de um líquido surgem bolhas de vapor que serão arrastadas pelo fluxo. Ao atingirem um determinado ponto no escoamento, no qual a pressão atuante é superior ao valor da pressão de vapor desse líquido, as bolhas de vapor implodem rapidamente. As bolhas ao implodirem nas paredes internas da tubulação de sucção causam erosão destruidora danificando o rotor da bomba, fenômeno conhecido por cavitação.
Cavitação é um fenômeno semelhante à ebulição, que pode ocorrer na água durante um processo de bombeamento, provocando estragos, principalmente no rotor e palhetas e é identificado por ruídos e vibrações. Para evitar tal fenômeno, devem-se analisar o NPSHdisponível e o NPSHrequerido.
Cavitação
1 P absoluta = P atmosférica + P manométrica
2 É uma medida da tendência da vaporização de um líquido, quanto maior, mais volátil será o líquido.
A cavitação é situação que pode ocorrer em qualquer tipo de bomba!
146
+
+
+
=
+
+
+
g
v
P
Z
g
v
P
Z
2
2
2
2
2
2
2
1
1
1
g
g
m
H
h
+
+
+
=
+
+
g
v
P
Z
g
v
P
Z
2
2
2
2
2
2
2
1
1
1
g
g