Prova II

Prévia do material em texto

Prova II – Operações Unitárias /// Letícia Morais
Aula 5 – Redução de tamanho de sólidos
Conceitos
 Fragmentação de sólidos: quebra mecânica de sólidos em partículas menores sem mudar estado de agregação
 Operação unitária que promove redução dos corpos sólidos a partículas ou fragmentos de pequenas dimensões
Obs: redução de glóbulos líquidos imiscíveis homogeneização/emulsificação
Finalidades
 Aumentar relação área superficial por volume do solido
a) tempo de secagem, aquecimento ou esfriamento
b) facilidade, velocidade e rendimento de estração
c) Acelerar reações
 Melhorar características sensoriais e estabilidade do produto
 Diversificação de produtos
 Misturas mais homogêneas quanto menor tamanho das partículas, mais uniforme será o produto
 Atender especificação/requerimento do produto quanto à granulometria
Importância
 Suspensões: tamanho das partículas, área de contato das partículas com o meio = atrito entre partículas tempo necessário à sedimentação e estabilidade
 Aerossóis: área de contato das partículas com o meio = área da superfície de cobertura e quantidade do material para cobrir mesma área
	Suspensão
	Aerossol
	Partículas solidas dispersas em fase continua
	Partículas solidas ou liquidas dispersas em um meio gasoso
Aplicações na indústria farmacêutica
a) Aerossóis de inalação;
b) Antibióticos;
c) Comprimidos;
d) Óleos essenciais;
e) Talco.
Aplicações na indústria de alimentos
a) Açúcar;
b) Embutidos;
c) Laticínios; 
d) Sopas desidratadas;
e) Sucos de frutas.
Desvantagens e limitações
1. Trituração processo muito ineficiente 99% da energia é transformada em térmica (calor) e sonora (ruídos)
2. Maioria das partículas irregulares 
3. Após fratura, partícula pode se alterar drasticamente
4. Alterações sensoriais, químicas, biológicas e reológicas no produto = DEGRADAÇÃO
Redução de tamanho
O nível de redução de tamanho, gasto de energia e quantidade de calor gerado dependem de:
a) Extensão das forças que são aplicadas
b) Tempo que o alimento é submetido as forças
c) Propriedades do material fragmentado
 Propriedades do material fragmentado:
I. Fracturabilidade/friabilidade
II. Plasticidade
III. Elasticidade
IV. Dureza
V. Higroscopicidade
VI. Processamento subsequente
VII. Quantidade de material a ser triturada
VIII. Tamanho inicial e final das partículas
IX. Sensibilidade ao calor
a. Moinhos de alta velocidade geram calor e termossensibilidade do solido implica em resfriamento SOLUÇÃO: Moagem criogênica (misturam-se aos sólidos nitrogênio líquido ou dióxido de carbono solido antes da moagem)
X. Ponto de fusão e inflamabilidade
XI. Teor de umidade
a. Excesso de umidade gera aglomeração das partículas que bloqueiam moinho. 
b. Sólidos muito secos = excesso de pó risco à saúde e potencial explosivo (inflamável)
Natureza das forças envolvidas na fragmentação
Podem sofrer fragmentação através de vários tipos de esforços mecânicos. Nos processos industriais, 3 estão envolvidos: 
 Compressão
a) Ruptura grosseira de materiais duros e de ruptura frágil
b) Equipamentos (britadores ou trituradores) possuem peça rolante que esmaga material e torna pó
c) Tensão aplicada em sentidos opostos
 Impacto
a) Ruptura para materiais frágeis e fibrosos
b) Equipamentos (martelos ou barras girando a altas velocidades) que utilizam impacto
 Cisalhamento
a) Reduz dimensões de materiais não abrasivos, fibrosos (+ impacto), macios e dúcteis 
b) Equipamentos (bolas, facas, discos e moinhos coloidais e de ultracentrífuga) fragmentam por fricção entre duas superfícies
Características do processo
 Força mecânica varia em intensidade e forma de aplicação de acordo com natureza, tamanho e formato da partícula que se quer obter
 Quando solido sofre estresse tensão interna é gerada, absorvida e convertida em deformação quebra
 O tamanho das partículas na alimentação e produto critério mais importante para classificar equipamentos de moagem
Redução de tamanho – Teoria
 Quanto dureza, absorção de energia pelo solido, gasto energético
 Quanto tamanho de pedaços, linhas de ruptura e estresse de quebra
 Se: tensão < limite de elasticidade tecidos voltam a forma original
 Se: tensão > limite de elasticidade e < limite de plasticidade deformação permanente
 Se: tensão > limite de plasticidade (ponto de quebra) ruptura
 Energia necessária para reduzir tamanho é calculada usando uma das 3 equações:
a) Lei de Kick: ideal para moagem grosseira
b) Lei de Rittinger: ideal para moagem fina
c) Lei de Bond: intermediaria (+ realista)
Redução de tamanho na indústria farmacêutica
 Pós e sólidos granulares
 Escolha do equipamento depende das características do material a ser triturado
Dureza: resistência à ruptura, determina consumo de energia. Para plásticos e metais, dureza é resistência ao corte.
Escala de Mohr: Para minerais é a resistência ao serem riscados por outros sólidos. 
Fragilidade: facilidade do material à fratura por impacto.
Aspereza: relacionada à forma da partícula e a coesão da amostra. Determina grau de dificuldade de fluidez.
Equipamentos
 Esmagadores de maxila
a) Redução grosseira de tamanho: grandes volumes de sólidos, baixa velocidade.
b) Usados para esmagamento primário de materiais duros, seguido de outro tipo de trituração
 Fatiadores
a) Fatias ou pedaços
b) Cortam produto dentro de pedaços suave ou ondulado
c) Alimentação manual ou continua
 Cutter
a) Cubos
b) Bacia que gira lentamente movendo material contra laminas em alta velocidade
 Despolpadeira
a) Retirada da polpa de fruta
b) Forças de compressão e cisalhamento
 Moinhos de bolas 
a) Material seco
b) Produz pós finos 
 Moinhos de discos
a) Material seco
b) Disco pode ser único, duplo ou com pinos interpostos
 Moinhos de martelo: material seco, frágil, cristalino, não abrasivo e fibroso
 Moinhos de rolos
a) Material grosseiro e seco
b) Principal força: compressão
 Cortadores ultrassônicos: materiais que se deformam facilmente, difíceis de cortar por outros métodos.
 Micronizador 
a) Câmara circular de pulverização com jatos tangenciais
b) Não permite aquecimento do material pulverizado
c) Aplicações: talco, pigmentos, corantes...
Efeitos da moagem nos materiais
a) Aceleração de deterioração;
b) Alteração nas propriedades do material;
c) Alterações sensoriais;
d) Degradação do princípio ativo;
e) Redução do valor nutricional.
Aula 6 – Redução do tamanho de líquidos
Conceitos 
 Dispersões: sistemas discretos de partículas em uma fase liquida continua.
 Classificação das dispersões:
a) Partículas gasosas = espuma
b) Partículas liquidas = emulsão
c) Partículas solidas = suspensão
 Emulsões: sistemas dispersos de 2 fases liquidas imiscíveis. Tipos: óleo em agua (O/A) e agua em óleo (A/O). Podem ser pastosas ou liquidas
 Soluções:
a) Homogênea (solução verdadeira): moléculas dispersas são menores que 1 nm. 
b) Coloidal: partículas claramente maiores (1-100 nm) que menores do solcente (fase contínua).
Propriedades dos coloides – Efeito Tyndall 
Como diferenciar uma solução da outra? A coloidal se dispersa na luz e não é transparente.
Classificação dos coloides
 Coloide liófilo/liofílico
a) Substancia dispersa espontaneamente no dispersante
b) Fisicamente estável e em equilíbrio
c) Fase dispersa = polissacarídeos, proteínas ou associações coloidais
 Coloide liófobo/liofóbico
a) Substancia não se dispersa espontaneamente no dispersante
b) Fisicamente instável e não está em equilíbrio
c) Necessário que haja energia para que uma fase disperse na outra
Estado dos coloides
	Sol
	Gel
	Dispersão estável de partículas coloidais em um fluido
	Estrutura rígida de partículas coloidais ou de cadeias poliméricas que imobiliza fase liquida em seus interstícios
Pectização x Peptização
Quando ocorre passagem do sol para gel?
a) Retirada do dispersante
b) Precipitação do disperso
c) Variação na temperatura
O que afeta estado físico do sistema?
a) Escalas de tamanho dos elementos estruturais
a. Aparência visual
b. Área superficial
c. Tamanho do poro
d. Facilidade de separação
e. Escalas de tempo envolvidas: tamanho da partícula, viscocidadee tempo de difusão
f. Efeito das forças externas
b) Forma das partículas
c) Fração volumétrica
Efeitos nas taxas de reação
Relação entre concentração do componente nas duas fases do sistema é uma constante (Lei de Nernst) até que afetadas por fatores:
a) Temperatura
b) pH
c) Concentração do reactante na fase onde reação ocorre
d) Imobilização
e) Adsorção de susbtancias reativas na interface entre elementos estruturais
f) mobilidade molecular
Estabilidade dos coloides
Um sistema instável parece estável se:
a) Energia livre de ativação é alta
b) Movimento das partículas é lento
Por que homogeneidade é importante? Altera sabor, textura, cor e aumenta taxas de reações.
O que mantem coloides estáveis?
a) Carga elétrica
b) Camada de solvatação
c) Tensão superficial baixa
d) Tipo e quantidade do agente emulsificante
e) Viscosidade
f) Temperatura
g) Filme interfacial mecanicamente forte e elástico
h) Agentes físicos
i) Densidade razoavelmente próximas
j) Tamanho dos glóbulos da fase dispersa
Tipos de instabilidade física
 Maturação de Ostwald: ocorre pela diferença de solubilidade e/ou dos potenciais químicos entre partículas pequenas e grandes. Pequenas partículas dissolvem e reprecipitam na superfície de cristais maiores. 
 Dissolução/crescimento: partículas se dissolvem parcialmente no fluido até completa dissolução e voltam a precipitar. Continuo. 
 Coalescencia: fusão de duas ou mais partículas de mesma solubilidade para formar gotículas únicas de maior diâmetro.
 Agregação/Peptização: formação de grumos ou agregados de gotículas integras e individuais que se mantem unidas por forças eletromagnéticas.
 Sedimentação: movimento migratório de partículas de maior densidade que fluido descendem.
 Cremeificação: movimento migratório ascendente de partículas de menor densidade que o fluido.
Ação de agentes físicos
 Emulsificação: formação de emulsão estável pela mistura intima de 2 ou + líquidos imiscíveis
 Homogeneização: redução no tamanho e aumento do número de partículas na fase dispersa.
Classificação das emulsões
Quanto à forma: 
a) Cremes: media a alta viscosidade
b) Loções: media viscosidade
c) Leites: baixa viscosidade
Quanto à carga oleosa:
a) Alta: sensação pesada e gordurosa
b) Media: fase oleosa entre 10-20%
c) Leve: <10% de fase oleosa na fase contínua
Equipamentos
a) Misturadores de alta velocidade: líquidos de baixa viscosidade
b) Homogeneizadores de pressão
c) Moinhos coloidais
d) Homogeneizadores ultrassônicos
e) Homogeneizadores de cisalhamento hidráulico
f) Microfluidizadores
Aula 7 – Tamisação
Peneiramento/tamisação: uma mistura de partículas solidas de diferentes tamanhos é separada em 2 ou + frações por meio de peneiras. Operação mecânica.
Finalidades
a) Separar produtos em pó em frações de diferentes tamanhos
b) Analise do tamanho de partículas
c) Determinar distribuição de tamanhos de produtos granulares
Por que conhecer tamanho das partículas?
a) Implicação direta na eficiência da formulação → características físico-quimicas influenciam velocidade de dissolução, taxa de absorção, biodisponibilidade, estabilidade e qualidade
b) Adequar operações subsequentes e otimizar processo
c) Garantir uniformidade da dose
d) Estimar quantidade de princípio ativo
Peneiras, tamises, crivos ou joeiras
Superfície contendo número de aberturas de igual tamanho. Pode ser plana ou cilíndrica.
► Quando de pequena capacidade → crivos
Classificação das peneiras
Tamanho: baseada no número de malhas por unidade comprimento do tecido
a) Malha (M): unidade constitutiva de um determinado tecido. Igual à soma do diâmetro do fio com distância que separa 2 fios consecutivos.
b) Mesh: número de aberturas por polegada linear de uma peneira
Segundo movimentação:
a) Fixas: força atuante é gravidade. Inclinada. Aplicação: desague de misturas de partículas finas.
b) Moveis: podem vibrar ou girar.
Parâmetros que influenciam peneiramento
a) Umidade
b) Agitação
c) Inclinação da peneira
d) Estratificação do material
Falhas no peneiramento
► Retenção de partículas finas na fração grossa. Causas:
a) Aderência do pó as partículas grandes
b) Aglomeração de várias partículas pequenas
c) Incidência simultânea de várias partículas em uma abertura
d) Irregularidades nas malhas
e) Tempo/agitação insuficientes
► Passagem de partículas grossas para a fração fina. Causas:
a) Irregularidade nas malhas
b) Erosão dos fios das malhas
c) Agitação excessiva e inadequada
d) Carga excessiva
Eficiência do peneiramento
► Qualidade de separação que peneira fornece. Pode ser expressa em:
a) Eficiência de remoção dos passantes → material de interesse retido
b) Eficiência de recuperação dos passantes → material de interesse atravessa peneira
Classificação dos sólidos particulados
	Pós
	1 µm – 0,5 mm
	Sólidos granulares
	0,5-10 mm
	Blocos pequenos
	1-5 cm
	Blocos médios
	5-15 cm
	Blocos grandes
	>15 cm
Caracterização dos sólidos particulados
Sólido particulado: material composto de outros sólidos de tamanho reduzido. Esses materiais podem ser pequenos por natureza ou resultado de fragmentação.
Sólidos particulados
a) Partículas solidas individuais são caracterizadas por tamanho, forma e densidade
b) Partículas de sólidos homogêneos possuem mesma densidade do material global
c) Partículas obtidas pela quebra de um solido composto pode possuir diferente densidade, diferente do material como um todo
d) Caracterização é importante na moagem, secagem, filtração, cristalização...
Propriedades dos sólidos particulados
Intrínsecas:
a) Dimensão e forma
b) Área superficial e massa da partícula
c) Propriedades do material solido retido pelas partículas
Pertinentes aos vazios existentes entre partículas:
a) Fração de vazios do sistema
b) Densidade real e aparente
c) Área superficial por unidade de volume
Classificação granulométrica
► Granulometria: caracterizar tamanho de um material solido
► Análise granulométrica: sequência de procedimentos que determinam distribuição de tamanhos da amostra
► Classificação granulométrica: classificação do material solido de acordo com diâmetros de suas partículas.
Determinação de tamanho de partículas
a) Peneiramento
b) Sedimentação
c) Microscopia quantitativa
d) Centrifugação
e) Espalhamento de luz
► Analise granulométrica
Aula 8 – Centrifugação
► A força centrifuga facilita separação e diminui tempo de residência no equipamento
► Processo usado para sedimentar sólidos em líquidos ou liquido imiscíveis de diferentes densidades
► Centrifuga → recipiente cilíndrico que gira a alta velocidade → campo de força centrifuga = sedimentação das partículas
Separação de líquidos em uma centrifuga
Separação de emulsões liquido-liquido → problema comum na indústria alimentícia
Processo de centrifugação
Tipo de alimentação:
a) Abertas
b) Fechadas
Finalidade:
a) Clarificadoras
b) Padronizadoras
c) Desnatadeiras
d) Bactofugadoras
Aula 9 – Sedimentação
Sedimentação é uma etapa da decantação. Decantação = processo de separação de misturas heterogêneas de líquidos imiscíveis ou partículas solidas em um liquido.
Aplicações
a) Retirada de sólidos valiosos
b) Separação de líquidos clarificados
c) Decantação de iodos
► Equipamento: tanque de decantação
Termos e conceitos
► Velocidade terminal: máxima velocidade que as partículas podem alcançar ao cair no fluido
► Forças que agem sobre a partícula em fluido: campo, empuxo e arraste
Classificação dos processos de sedimentação
	Tipo 1
	Sedimentação discreta
	Tipo 2
	Sedimentação floculenta
	Tipo 3
	Sedimentação em zona
	Tipo 4
	Sedimentação por compressão
Prova II 
–
 
Operações Unitárias /// 
Letícia Morais
 
 
Aula 5 
–
 
Redução de tamanho de 
sólidos
 
Conceitos
 
?
 
Fragmentação de sólidos: quebra 
mecânica de sólidos em partículas 
menores sem mudar estado de 
agregação
 
?
 
Operação unitária que promove 
redução dos corpos sólidos a partículas 
ou fragmentos de pequenas dimensões
 
Obs: 
redução de glóbulos líquidos 
imiscíveis 
?
 
homogeneização/emulsificação
 
Finalidades
 
?
 
Aumentar relação área superficial 
por volume do solidoa)
 
?
 
te
mpo de secagem, 
aquecimento ou esfriamento
 
b)
 
?
 
facilidade, velocidade e 
rendimento de estração
 
c)
 
Acelerar reações
 
?
 
Melhorar características sensoriais e 
estabilidade do produto
 
?
 
Diversificação de produtos
 
?
 
Misturas mais homogêneas 
?
 
?
 
Aerossóis: 
?
 
área de contato das 
partículas com o meio = 
?
 
área da 
superfície de cobertura e 
?
 
quantidade 
do material para cobrir mesma área
 
Suspensão
 
Aerossol
 
Partículas 
solidas 
dispersas em 
fase
 
continua
 
Partículas solidas 
ou liquidas 
dispersas em um 
meio gasoso
 
Aplicações na indústria farmacêutica
 
a)
 
Aerossóis de inalação;
 
b)
 
Antibióticos;
 
c)
 
Comprimidos;
 
d)
 
Óleos essenciais;
 
e)
 
Talco.
 
Aplicações na indústria de alimentos
 
a)
 
Açúcar;
 
b)
 
Embutidos;
 
c)
 
Laticínios; 
 
d)
 
Sopas
 
desidratadas;
 
e)
 
Sucos de frutas.
 
Desvantagens e limitações
 
1.
 
Trituração 
?
 
processo muito 
ineficiente 
?
 
99% da energia é 
transformada em térmica (calor) 
e sonora (ruídos
)
 
2.
 
Maioria das partículas 
irregulares 
 
 
 
 
Prova II – Operações Unitárias /// Letícia Morais 
 
Aula 5 – Redução de tamanho de 
sólidos 
Conceitos 
? Fragmentação de sólidos: quebra 
mecânica de sólidos em partículas 
menores sem mudar estado de 
agregação 
? Operação unitária que promove 
redução dos corpos sólidos a partículas 
ou fragmentos de pequenas dimensões 
Obs: redução de glóbulos líquidos 
imiscíveis ? 
homogeneização/emulsificação 
Finalidades 
? Aumentar relação área superficial 
por volume do solido 
a) ? tempo de secagem, 
aquecimento ou esfriamento 
b) ? facilidade, velocidade e 
rendimento de estração 
c) Acelerar reações 
? Melhorar características sensoriais e 
estabilidade do produto 
? Diversificação de produtos 
? Misturas mais homogêneas ? 
? Aerossóis: ? área de contato das 
partículas com o meio = ? área da 
superfície de cobertura e ? quantidade 
do material para cobrir mesma área 
Suspensão Aerossol 
Partículas 
solidas 
dispersas em 
fase continua 
Partículas solidas 
ou liquidas 
dispersas em um 
meio gasoso 
Aplicações na indústria farmacêutica 
a) Aerossóis de inalação; 
b) Antibióticos; 
c) Comprimidos; 
d) Óleos essenciais; 
e) Talco. 
Aplicações na indústria de alimentos 
a) Açúcar; 
b) Embutidos; 
c) Laticínios; 
d) Sopas desidratadas; 
e) Sucos de frutas. 
Desvantagens e limitações 
1. Trituração ? processo muito 
ineficiente ? 99% da energia é 
transformada em térmica (calor) 
e sonora (ruídos) 
2. Maioria das partículas 
irregulares