Introdução aos Cálculos de Processos - Sistemas de Unidades

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Concentração das espécies quḿicas;
Caracterização das misturas;
Taxa de produção por unidade de tempo;
Propriedades físicas do processo;
Condições de operação ideais.
Para estruturar um processo é necessário considerar alguns fatores importantes que vão afetar
a execução e as especificações do processo, como as características relativas a quantidade
de material, e suas propriedades físico-químicas. Alguns deles estão listadas abaixo:
Para poder trabalhar com esses fatores, é necessário entender como funciona o tratamento
das variáveis físicas, e como trabalhar com diferentes dimensões e sistemas de unidades.
Estrutura do Processo
SISTEMAS DE
UNIDADES
INTRODUÇÃO AOS
CÁLCULOS DE PROCESSOS CONTEÚDO
Estrutura do Processo
Consistência Dimensional
Dimensões
Unidades
Toda equação que representa um sistema físico só tem significado, isto é, só representa um
fenômeno válido, se todos os termos que estão sendo somados, subtraídos, ou igualados,
tiverem as mesmas dimensões, e foram representados pelas mesmas unidades, isso é o que
chamamos de consistência dimensional. Por exemplo, se tivermos uma fórmula para obter a
velocidade de escoamento em m/s no cano, e ela for uma soma, ela só é válida se os valores
somados forem valores de velocidade (mesma dimensão), e estiverem em m/s (mesma
unidade).
Consistência Dimensional
Uma dimensão é um conceito
básico, que representa uma
grandeza física. Existem dimensões
básicas, e as dimensões derivadas
que são derivadas destas
dimensões básicas, podendo ser ou
uma multiplicação ou uma divisão
de duas ou mais unidades. As
dimesões básicas estão listadas ao
lado.
Dimensões
Dimensões Bás icas
Comprimento [L];
Massa [M];
Temperatura [T];
Tempo [t];
Quantidade de Substância [N];
Corrente Elétrica [A];
Intensidade Luminosa [I];
Força [F]*.
Essas são as dimensões básicas:
OBS: Alguns sistemas, como o sistema inglês
consideram a força uma dimensão básica, as
implicações disso serão explicadas depois.
As unidades são meios padronizados para expressar as dimensões, de modo que elas possam
ser utilizadas, expressadas e operadas de maneira consistente. Existem vários tipos de
unidades, inseridas em vários padrões diferentes, e agrupadas em Sistemas de Unidades.
Unidades
Sistemas de Un idades
Sistema Internacional (S.I.);
 CGS;
 Sistema Inglês (absoluto e prático);
 Sistema Prático Americano.
Um sistema de unidades, é um conjunto
de unidades padronizado. Existem
diversos sistemas de unidades, cada um
com um padrão diferente, com:
Dentro dos sistemas de unidades temos
dois principais tipos, os Sistemas
Absolutos, onde a Força não é dimensão
básica, e os Sistemas Gravitacionais,
onde a Força é dimensão básica.
Tipos de Un idade
Unidades Básicas - São as unidades que
expressam as dimensões básicas,
consideradas unidades fundamentais;
Unidades Suplementares - São unidades
utilizadas para expressar ângulos no plano
e no espaço;
Unidades Derivadas - Unidades que
surgem a partir de relações envolvendo as
unidades básicas.
As unidades são utilizadas para expressar de
maneira padronizada as dimensões físicas,
mas ainda temos algumas subdivisões dentro
das unidades, que estão listadas a seguir:
Conversão de Un idades
Muitas vezes, na elaboração de um processo, são encontradas informações que precisam ser
relacionadas, porém estão descritas em sistemas de unidades diferentes, nessas situações é
necessário realizar o processo de conversão de unidades.
Existem várias formas de realizar a conversão destas unidades, porém a melhor é utilizando
fatores de conversão, que consiste em multiplicar o valor na unidade x pela razão entre a
unidade x e a unidade y(unidade desejada).
Exemplo de Conversão de Un idades
Os sistemas absolutos definem força como unidade derivada, que pode ser obtida através da
lei de Newton, e mesmo que as unidades de força sejam nomeadas (Newton, dina, etc), elas
ainda são equivalentes diretamente, a relação das dimensões básicas, no sistema de unidades
utilizado, envolvidas no cálculo da força, isso é, . Isso pode ser representado
dessa forma para qualquer sistema absoluto.
Como nos sistemas gravitacionais a força é uma unidade básica, ela precisa ter base numa
grandeza física, e não ser obtida através de uma relação direta das dimensões básicas,
portanto . Utilizando como base a definição de força do sistema inglês, que é
um sistema gravitacional. 1 libra-força é igual a 1 libra-massa, acelerado à aceleração
gravitacional, em pés por segundo ao quadrado.
Utilizando como base a definição de força do sistema inglês, que é um sistema gravitacional. 1
libra-força é igual a 1 libra-massa, acelerado à aceleração gravitacional, em pés por segundo ao
quadrado.
Como o valor da gravidade não é um, se faz necessária a inclusão de um fator de conversão
embutido na fórmula, para que exista uma relação entre as grandezas de força, massa,
comprimento e tempo, esse fato é chamado de , e a operação pode ser escrita da seguinte
forma:
Fator de Conversão Grav i tac ional ( )
Força Como Unidade Bás ica �
Devido a essa particularidade é necessário utilizar o fator de conversão ao trabalhar com
conversões de unidade que utilizem a força, nos sistemas gravitacionais.
g
c
g
c
g
c
Uso de Pref ixos no S I
Quando é necessário representar uma
unidade muito grande, ou muito pequena,
um múltiplo da unidade padrão do
sistema, é utilizado um prefixo, que
representa uma potência de 10 a qual
está multiplicando a unidade. Existem
vários prefixos, os mais utilizados estão
listados na tabela ao lado.
Nome Símbolo Fator
tera T 10¹²
giga G 10⁹
mega M 10⁶
quilo k 10³
mili m 10⁻³
micro μ 10⁻⁶
centi c 10⁻²