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Universidade Federal de PelotasCentro de Desenvolvimento Tecnológico – CDTec

Graduação em Biotecnologia

Operações Unitárias

Professor responsável – Prof. Dr. Fabrício Rochedo Conceição

Professores ministrantes – Profa. Dra. Patrícia Silva Diaz e-mail: bilicadiaz@yahoo.com.br

Programa

Bibliografia – Biblioteca

Aulas – teóricas e prática Listas de exercícios

Avaliação – 2 provas

Datas prováveis: 1° - 19/12/20102° - 15/12/2010

Horário de atendimento aos alunos – sexta-feira (tarde)*Deve ser marcado com antecedência.

Introdução as Operações Unitárias

1.1 Conceito: Na engenharia química e seus campos relacionados, uma operação unitária é uma etapa básica de um processo.

Exemplo: Esquema mostrando as principais operações unitárias da produção de vinho tinto.

Na produção de vinho as operações unitárias estão interligadas a fim de criar o processo como um todo.

Um processo tem várias operações unitárias presentes para que se possa obter o produto desejado.

1.2 Diferenças entre processo químico e operações unitárias

Processo: É um conjunto de ações executadas em etapas, que envolvem modificações da composição química, que geralmente são acompanhadas de certas modificações físicas na matéria prima, para se obter o produto final.

Operação unitária: é a operação que ira realizar alguma alteração física em seu produto em questão.

Por exemplo: a fermentação pode ser considerada uma operação unitária independente do tipo de material que se irá fermentar. Esta operação tem como princípio básico a transformação de uma substância em outra, produzida a partir de microorganismos, tais como fungos, bactérias, ou até o próprio corpo, chamados nestes casos de fermentos, gerando um produto desejado.

Características/Bebida Vinho tinto HakkonMatéria prima uva mandioca e arrozFermento Saccharomyces Kojikin mais levedura

Produção de Vinho x Produção de Hakkon

Cada etapa dentro do processo tem princípios fundamentais independentes da substância que está sendo operada e pode ser considerada uma operação unitária.

2. Introdução aos cálculos de O. U.

As técnicas de projeto de operações unitárias são baseadas em princípios teóricos ou empíricos de:

Transferência de massa; Transferência de calor; Transferência de quantidade de movimento; Termodinâmica; Biotecnologia ; Cinética química.

Desta forma, os processos podem ser estudados de forma simples e unificada. Cada Operação Unitária é sempre a mesma operação, independente da natureza química dos componentes envolvidos.

Por Exemplo: Transferência de calor é a mesma operação em um processo petroquímico ou em uma indústria de alimentos.

2.1 Unidades e Dimensões 

Dimensões: são nossos conceitos básicos de medida, tais como comprimento, tempo, massa, temperatura, e assim por diante. Unidades: são os meios de se expressar as dimensões, tais como pés ou centímetros para comprimento; horas ou segundos, para tempo. Demosntram o significado físico dos números que se usa. Exemplo: quanto é um metro? Metro: é o comprimento da trajetória percorrida no vácuo pela luz durante um tempo de 1/299 792 458 de segundo. Quilograma: é igual a massa do protótipo internacional do quilograma. Segundo: é a duração de 9 192 631 770 períodos da radiação correspondente a transição entre os dois níveis hiperfinos do estado fundamental do átomo de césio 133.

2.2 Sistemas de unidades2.2.1 Sistema internacional de unidades (SI)

Definiram-se sete grandezas físicas postas como básicas ou fundamentais. A partir delas, podem-se derivar todas as outras unidades existentes. As unidades básicas do SI são dimensionalmente independentes entre si.

Tabela 1 – Unidades básicas do SI

[1]No Brasil, chama-se a quantidade de matéria (tanto seu nome quanto o símbolo de sua unidade) de “mol”. O plural do termo é dicionarizado como "mols“, embora o Vocabulário Ortográfico da Língua Portuguesa da ABL, na consistência vernacular, registre apenas as grafias "móis" ou "moles" como plural de "mol".

Grandeza Unidade Símbolo

Comprimento metro m

Massa quilograma kg

Tempo segundo s

Corrente elétrica ampère A

Temperatura kelvin K

Quantidade de matéria mol Mol[1]

Intensidade luminosa candela cd

Unidade Fundamental Unidades derivadasMetro (m) Área (m2) Volume (m3)Metro (m), segundo (s) Velocidade (m/s) Aceleração (m/s2)

2.2.1.1 Unidades Derivadas

Todas as unidades existentes podem ser derivadas das unidades básicas do SI. Entretanto, consideram-se unidades derivadas apenas aquelas que podem ser expressas através das unidades básicas do SI e sinais de multiplicação e divisão, ou seja, sem qualquer fator multiplicativo ou prefixo com a mesma função. As vezes, dão-se nomes especiais para as unidades derivadas.

Exemplo:

A idéia é estabelecer o menor número de unidades, ditas fundamentais, a partir das quais qualquer outra unidade pode ser obtida através de relações algébricas.

Grandeza Unidade SímboloÁrea metro quadrado m2

Volume metro cúbico m3

Densidade de massa quilograma por metro cúbico Kg/m3

Concentração mol por metro cúbico mol/m3

Volume específico metro cúbico por quilograma m3/kgVelocidade metro por segundo m/sAceleração metro por segundo ao quadrado m/s2

Tabela 2 - Unidades derivadas do SI que não fazem uso de nomes especiais

Tabela 3 - Unidades derivadas do SI que fazem uso de nomes especiais

2.2.1.2 Unidades aceitas pelo SI

O SI aceita várias unidades que não pertencem ao sistema. As primeiras unidades deste tipo são unidades muito utilizadas no cotidiano.

Tabela 4 - Unidades aceitas pelo SI.

Tabela 5 - Nome e símbolos especiais de múltiplos e submúltiplos decimais de unidades SI.

Tabela 6 - Múltiplos e submúltiplos decimais

2.2.1.3 Prefixos oficiais do SI

Os prefixos do SI permitem escrever quantidades sem o uso da notação científica, de maneira mais clara para quem trabalha em uma determinada faixa de valores. Para utilizá-los, basta juntar o prefixo aportuguesado e o nome da unidade, sem mudar a acentuação, como em nanossegundo, microssegundo, miliampère e deciwatt. Para formar o símbolo, basta juntar os símbolos básicos: nm, µm, mA e dW.

Sistema MKS (inglês)Sistem CGSSistema Inercial (inglês)

Olhar e-mail: atbiotec2012@gmail.comNome do arquivo: Sistemas de Unidades

Tema de casa!Pesquise tabelas de conversão de unidades (internet).Inclua em sua pesquisa tabela de conversão de unidades de

temperatura.

Recorde as definições sobre:Mol,Concentração e suas maneiras de expressão (fração molar e fração mássica),Soluções.

Serão utilizadas no decorrer da disciplina!!!

2.2.3 Escrita correta de unidades SI Nome de unidade: deve ser sempre escrito em letra minúscula. Exemplos: quilograma, newton, metro cúbico.

Exceção: quando o nome estiver no início da frase e em "grau Celsius"  Ao escrever uma unidade composta, não se deve misturar o nome com o símbolo da unidade.

Símbolo de unidade As unidades do SI podem ser escritas por seus nomes ou representadas por meio de símbolos. Símbolo não é abreviatura. É um sinal convencional e invariável utilizado para facilitar e universalizar a escrita e a leitura de significados, logo, jamais deverá ser seguido de "ponto".

Símbolo não admite plural. Como sinal convencional e invariável que é, utilizado para facilitar e universalizar a escrita e a leitura de significados, nunca será seguido de "s".

Representação O resultado de uma medição deve ser representado com o valor numérico da medida, seguido de um espaço de até um caracter e, em seguida, o símbolo da unidade em questão.Exemplo: 

Para a unidade de temperatura grau Celsius, haverá um espaço de até um caractere entre o valor e a unidade, porém não se porá espaço entre o símbolo do grau e a letra C para formar a unidade "grau Celsius".Exemplo:

Exceções:

Para os símbolo da unidade de ângulo plano grau (°), minuto(') e segundo("), não deve haver espaço entre o valor medido e as unidades, porém, deve haver um espaço entre o símbolo da unidade e o próximo valor numérico.

Para o símbolo da unidade de tempo "hora" (h), "minuto" (min) e segundos (s), não deve haver espaço entre o valor medido e as unidades, porém, deve haver um espaço entre o símbolo da unidade de tempo e o valor numérico seguinte.  

2.2.4 Regra para trabalhar com as unidades A regra é bastante simples: trate as unidades como se fossem símbolos algébricos. É possível somar, subtrair ou equacionar unidades equivalentes, tais como libras, gramas etc., porém isto não pode ser feito com unidades não equivalentes. Exemplo: A) 5 quilogramas + 3 calorias: não tem significado porque as dimensões dos dois termos são diferentes. B) 10 libras + 5 gramas: pode ser executada porque as dimensões são as mesmas, massa. É necessário serem transformadas em unidades iguais, sejam libras ou gramas. Na multiplicação ou divisão, podemos multiplicar ou dividir unidades diferentes, tais como:C) 10 centímetros / 4 segundos = 2,5 centímetros/segundo D) 1 hp + 300 WComo 1 hp = 746 W,Logo, 746 W + 300 W = 1046 W.

OBS: As unidades contem uma significante quantidade de informação que não pode ser ignorada!!!

Fatores de Conversão

Se um avião voa a velocidade duas vezes a do som, considerando-se a velocidade do som como 1100ft/s, qual será sua velocidade em milhas por hora?

Transforme 400 in3/dia em cm3/min:

2 1100 ft 1 mi 60 s 60 min = 1500 mi

s 5280 ft 1 min 1 h h

400 in3 2,54 cm3 1 dia 1 h = 4,56 cm3

dia 1 in3 24 h 60 min min

2.2.5 Temperatura

A temperatura é um parâmetro físico que revela a noção comum do que é quente ou frio.

Existem duas escalas atualmente em uso:graus Celsius (ºC) graus Fahrenheit (ºF).

Ambas usam o ponto de congelamento (PF) e o ponto de ebulição (PE) da água à pressão de uma atmosfera como pontos de referência para definir as escalas.  A Tabela abaixo mostra as equivalências para as escalas.