Lista - Operações Unitárias 2 2022 2

Operações II 1) Diante do contexto estudado, construa um parágrafo argumentativo de 10 a 15 linhas, abordando como são classificados os equilíbrios Químicos segundo suas fases? Exemplifique 2) Após explorar os conteúdos de referência, elabore um texto dissertativo (Introdução, desenvolvimento, conclusão e referências), com no Mínimo (25 linhas) e no máximo (3 laudas), abordando os tópicos abaixo: O que são trocadores de calor? Quais são os tipos de trocadores de calor? E como é o funcionamento desses trocadores e qual a importância para indústria. As citações utilizadas no texto devem ser apresentadas corretamente com base na ABNT Operações III 3) 4) O processo de lixiviação é executado com o objetivo único de separação. A lixiviação consiste, tipicamente, na remoção do metal de valor de modo a separá-lo de uma grande massa de ganga com um beneficiamento mínimo do minério. Elabore uma síntese de no mínimo 15 linhas sobre como acontece o processo de lixiviação e qual sua importância na Engenharia. Questão 1 Sabe-se que o equilíbrio é definido como um estado em que não há qualquer variação dentro de um sistema quando o mesmo está isolado de suas vizinhanças. Dessa forma, é possível falar, basicamente, em equilíbrio químico (quando não houver qualquer variação na composição química do sistema) e em equilíbrio de fases (quando não houverem transformações entre as fases deste sistema). Para ambos os casos, o estado de equilíbrio é baseado numa determinada pressão e temperatura à qual a energia de Gibbs é mínima, isto é, podemos escrever, usando notação de Cálculo, (dG)T,P = 0. Dessa forma, qualquer variação só é possível caso a pressão e/ou temperatura variem. Um conceito importante é em relação à Regra das Fases de Gibbs, em que é possível obter o número de variáveis independentes de um sistema com C componentes e F fases, isto é: VI = C - F + 2. Por exemplo, para um sistema composto apenas por água (C=1) em equilíbrio líquido-vapor (F=2), teríamos VI = 1 - 2 + 2 = 1 variável independente, ou seja, conhecendo-se apenas a pressão ou a temperatura, já seria possível descrever o sistema todo. Outro exemplo seria uma mistura de benzeno e tolueno (C=2) em equilíbrio líquido-vapor (F=2), neste caso teríamos VI = 2 - 2 + 2 =2, portanto precisaríamos conhecer duas informações a respeito do sistema para poder caracterizá- lo (temperatura e composição, por exemplo). Questão 2. Introdução Dentro da indústria química, uma classe de equipamentos com diversas aplicações são os trocadores de calor, cuja função é, como o próprio nome sugere, facilitar a troca de calor entre dois fluidos que estão a diferentes temperaturas sem promover a mistura entre os mesmos. Alguns exemplos de onde se encontram trocadores de calor são: sistemas de aquecimento e ar condicionado, geração de potência através de ciclos termodinâmicos, controle de temperatura em meios reacionais, etc. (ÇENGEL & GHAJAR, 2012). Desenvolvimento Existe uma ampla variedade de tipos de trocadores de calor, sendo que o mais simples de todos talvez seja o bitubular, modelo de construção simples e cuja operação pode ser com correntes em paralelo (ambos os fluidos entram na mesma extremidade) ou contracorrente (os fluidos entram em extremidades opostas), sendo que ambos os modelos podem ser observados na Figura 1. Uma desvantagem deste tipo de trocador de calor é o fato de serem pouco compactos e terem alta probabilidade de ocorrência de vazamentos (FERRÃO, 2012). Trocadores de casco e tubo são ampliações do conceito de trocadores bitubulares, em que um dos fluidos ocupa a parte externa um vaso (o casco) e o outro percola em tubos imersos neste espaço. Em trocadores de calor com esta configuração, um importante detalhe tanto do projeto quanto da operação é o número de passes no casco e no tubo, como pode ser visto na Figura 2. Figura 1. Exemplo de trocador de calor bitubular com escoamento paralelo (à esquerda) e contracorrente (à direita). FONTE: ÇENGEL & GHAJAR (2012) Figura 2. Exemplo de trocador de calor casco e tubo com um passe no casco e dois passes nos tubos (acima) e com dois passes no casco e quatro nos tubos (abaixo). FONTE: ÇENGEL & GHAJAR (2012) Além disso, é possível citar também outra grande e importante classe, a dos trocadores de calor de placas (também chamados de compactos), que apresentam como uma grande vantagem o fato de proporcionarem uma área de troca térmica significativamente grande em um pequeno espaço físico, além de baixos custos de fabricação, limpeza e manutenção. Um exemplo de trocador de calor compacto está apresentado na Figura 3. Figura 3. Exemplo de trocador de calor compacto FONTE: ÇENGEL & GHAJAR (2012) Embora tenham aplicabilidade em diversos segmentos da indústria química, é possível mencionar especificamente a utilização de trocadores de calor nas indústrias alimentícias, em que são necessários aquecimento e/ou resfriamento contínuo de alimentos, sobretudo líquidos (FERRÃO, 2012). Conclusão Existem diversos tipos de trocadores de calor, cada um com vantagens e desvantagens que podem ser detrimentais para sua utilização em uma ou outra aplicação industrial. O funcionamento básico de um trocador de calor envolve o uso de um fluido quente e de um fluido frio e a transferência de calor do primeiro para o segundo de acordo com a aplicação desejada, sendo que tanto o modelo de trocador quanto parâmetros de projeto - sobretudo o dimensionamento da área de troca térmica necessária - correspondem a fatores críticos para a seleção de um equipamento. Referências Bibliográficas ÇENGEL, Y. A.; GHAJAR, A. J. Transferência de calor e massa: uma abordagem prática. 4. ed. São Paulo: LTC, 2012 FERRÃO, Ewerton Shimara Pires. Modelagem e validação da transferência de calor e da distribuição de temperatura no processamento térmico contínuo de alimentos líquidos em trocadores bitubulares. 2012. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2012. Questão 3. Alternativa falsa: (C) Questão 4. A lixiviação é um processo de extração sólido-líquido, em que se separa um ou mais componentes de uma mistura sólida através da dissolução diferencia em um solvente apropriado - isto é, idealmente se usa um solvente em que apenas o(s) sólido(s) de interesse da mistura seja solúvel, de forma a conseguir uma boa recuperação. De forma a aumentar a eficiência do processo, é ideal que o sólido tenha uma granulometria apropriada e com área superficial elevada, o que é possível se obter através de processos de moagem, por exemplo. Além disso, é necessário que se faça a escolha adequada do solvente tanto levando em consideração aspectos físico-químicos (interação e especificidade com o soluto desejado) quanto até mesmo biológicos (como, por exemplo, a toxicidade do mesmo), bem como aspectos de projeto (isto é, custos associados à obtenção e à recuperação do mesmo). Os processos industriais de lixiviação mais comuns e conhecidos envolvem, principalmente, a extração de minérios de interesse a partir de misturas sólidas, mas também é possível citar a extração do óleo de soja e a fabricação de café solúvel, por exemplo, além da lixiviação que ocorre em aterros sanitários durante o tratamentos de resíduos sólidos urbanos. Em termos de equipamento, podem ser utilizados tanto leitos fixos quanto móveis, com operação em batelada ou de forma contínua, em apenas um ou múltiplos estágios de equilíbrio (de forma análoga ao que ocorre em processos que envolvem equilíbrio líquido-vapor e/ou líquido-líquido).