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EN 2103 - TRANSFERÊNCIA DE MASSA

07-02-2012

10

Quadrimestre de 2012

Aula 1- A Fenomenologia da Transferênciade Massa

Profa. Dra. Cláudia Boian Profa. Dra. Lucia Helena G. Coelho



Tópicos abordados nesta aula...

A fenomenologia da transferência de massa;

Exemplos de transferência de massa na indústria;

Processo de obtenção do etanol x transferência de massa;

Sistema termodinâmicos; Propriedades ou Grandezas;

Propriedade intensivas e extensivas;

Primeira lei da termodinâmica;

Conceitos de energia interna e entropia.



A FENOMENOLOGIA

DATRANSFERÊNCIA DE MASSA



PREPARO DE CHÁ POR INFUSÃO

EXTRAÇÃOSÓLIDO/LÍQUIDO

DIFUSÃO

CONVECÇÃO



EXEMPLO DE TRANSFERÊNCIA DEMASSA NA INDÚSTRIA



1. Destilação simples e fracionada2. Absorção de gases3. Umidificação e de desumidificação de ar4. Secagem

5. Extração líquido-líquido6. Extração sólido-líquido7. Cristalização8. Adsorção e troca iônica

9. Separação por membranas10. Desaeração11. Difusão

Operações Unitárias de Transferência deMassa



PROCESSO DE OBTENÇÃO DO ETANOLÀ PARTIR DA CANA DE AÇÚCAR X TRANSFERÊNCIA DE

MASSA

Ã



PROCESSO DE OBTENÇÃO DO ETANOLÀ PARTIR DA CANA DE AÇÚCAR X TRANSFERÊNCIA DE MASSA

Obtenção e Transporte da Matéria-Prima

Lavagem da cana-de-açúcarPara a retirada de impurezas Moagem da cana de açúcarCana de açúcar

desfibradapronta para moagem



Adição de água quente paraextração da sacarose (sacarose

+ material fibroso)

Extração do caldo por difusão A difusão consiste na condução da cana em aparelhos conhecidos comodifusores, a fim de que a sacarose adsorvida ao material fibroso seja diluída eremovida por lixiviação ou lavagem num processo de contra-corrente. Visando

reduzir a quantidade de água necessária, é feita uma operação de retorno docaldo diluído extraído. Assim, ao final da operação, quando o bagaço seapresenta exaurido ao máximo, faz-se a lavagem com água fresca. O líquidoobtido dessa lavagem, contendo alguma sacarose que se conseguiu extrair dobagaço, é usado na lavagem anterior por ser um pouco mais rico e, assimsucessivamente. Esse retorno pode ser efetuado de 5 a 20 vezes, dependendo

do grau de esgotamento desejado.



FILTRAÇÃO E DECANTAÇÃO

O mosto apresenta impurezas grosseiras após sair da moenda,tais como os bagacilhos, que são pequenas partículas de fibra de cana,entre outros fragmentos.

Se estas impurezas não forem retiradas através de filtração,peneiras estáticas ou por decantação, podem vir a trazer problemaspara o processo de produção de aguardente, tais com:• entupimento das válvulas, tubos e bombas;• fermentação secundária das partículas de bagacilho por eventuaisbactérias contaminantes, gerando produtos inibidores das células delevedura, conseqüentemente piorando a qualidade do mostofermentado a ser destilado.

Tipos de decantadores Filtração simples



Fermentação do mosto por leveduras

Fermentação é todo fenômeno que é feito por

microrganismos vivos (bactérias, fungos ou levedo). Nocaso da fermentação alcoólica, o açúcar é transformadoem gás carbônico e álcool, feita pelas leveduras.



No processo de destilação para a obtenção do álcool a extração éfeita pela condensação dos vapores de álcool que escapam mediante

o aquecimento de um mosto fermentado. Como o ponto de ebuliçãodo álcool é menor que o da água presente no mosto, o álcoolevapora, dando-se assim a separação da água e o álcool. O vaporque escapa da mistura aquecida é capturado por uma serpentinarefrigerada que o devolve ao estado líquido.

DESTILAÇÃO

Destilação fracionada



Preparação

Cana-de-açúcar

Difusão

Cana picadaÁgua quente

Fermentação

Destilação

Álcool etílico 96º GLVinhoto

VinhoÁgua fria

Vapor

Caldo de14 º Brix

Bagaço

Prensagem

Bagaço úmido

Caldo

Diagrama de Blocos Simplificado da Produção de Etanol



ATIVIDADE 1

Realizar uma pesquisa sobre as operações que envolvemtransferência de massa descritas no slide anterior. O trabalho

deverá conter uma capa, introdução, descrição do processoenfocando as etapas que envolvem transferência de massa eexemplos de ocorrência e referências bibliográficas.

Data da entrega: 14/02/2012



CAPA (MODELO)

TÍTULO:Operações que envolvem transferência de massa

DESCRIÇÃOPesquisa Bibliográfica

ALUNO:

RA:

PERÍODO:

DISCIPLINA:

Prof.:

02/06/2011



1. INTRODUÇÃO

CORPO DO TRABALHO (MODELO)

2. DESCRIÇÃO DOS PROCESSOS QUE ENVOLVEM TRANSFERÊNCIA DEMASSA

3. EXEMPLOS DESTES PROCESSOS

4. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS (MODELO)




Livro

CREMASCO, M.A. Fundamentos de Transferência de Massa. Ed. UNICAMP , 2ed., 728 p.,

2002.

Texto Internet

CETESB. Relatório de qualidade do ar, <http://www.cetesb.sp.gov.br/

publicacoes.asp>, 2003, acessado em 17/07/2009.

MARTINS, L.D. Sensibilidade da formação do ozônio troposférico àsemissões veiculares na Região Metropolitana de São Paulo; Tesede Doutorado apresentada ao Departamento de Ciências AtmosféricasIAG/USP; pp. 219, 2006.

Dissertação ou Tese





Artigo de Revista

SILVA, G.S.; JARDIM, W.F Aplicação do método da carga máxima total diária (CMTD) para

a amônia no rio Atibaia, região de Campinas/Paulínia –

SP. Revista Brasileira deEngenharia Sanitária e Ambiental, v. 12, n. 2, 160-168p., abr/jun 2007.



Sistema Termodinâmico

Sistema termodinâmico (ou simplesmente sistema):quantidade de matéria ou região escolhida do espaço.

sistema

vizinhança

contorno



TIPOS DE SISTEMAS TERMODINÂMICOS



Aberto permite a troca de energia (trabalho, calor) e matériacom o meio externo.



fechado (ou massa de

controle) formado por umaquantidade fixa de matéria. Nãopode ocorrer transferência demassa entre o sistema e avizinhança. No entanto, podehaver troca de energia.



isolado Além de fechado,

não há troca de energia com avizinhança.



Propriedades ou Grandezas

Propriedades ou grandezas

qualquercaracterística da substância:

Ex.: pressão P, temperatura T, volume V, massa m.Nem todas as propriedades são independentes.



Propriedades intensivas eextensivas

Extensiva São aquelas cujos valores dependem dotamanho, ou extensão, do sistema. Exemplos: massa m,volume V, energia total E.

Intensiva São aquelas cujos valores independem dotamanho, ou extensão, do sistema. Exemplos: pressão P,temperatura T.



PROPRIEDADES ESPECÍFICAS

Pode-se obter uma propriedade intensiva a partir de uma

propriedade extensiva dividindo-se o seu valor pela massa oupelo número de moles do sistema. Ao valor de umapropriedade por unidade de massa dá-se o nome depropriedade específica e por unidade de mole propriedadeespecifica molar.

)Kg / (m 1

m

V 3

volume específico

Exemplo:



Propriedades específicas

Específicas propriedades extensivas por unidadede massa. Exemplos: massa específica ou densidadeabsoluta, volume específico, energia interna

específica.

Mol ou Mole É a quantidade de matéria de um sistema



Mol ou Mole É a quantidade de matéria de um sistemacontendo tantas entidades elementares quantos são osátomos existentes em 0,012 Kg (12 g) de carbono 12.Historicamente, o carbono-12 foi escolhido como substância

de referência porque sua massa atômica podia ser medidade maneira bastante precisa.

As entidades elementares podem ser átomos, moléculas,

íons, elétrons etc. Ao número destas entidades contidas nummol dá-se o nome de número de Avogrado (Na =6,022x1023). Assim:

1 mol de moléculas de um gás possui aproximadamente6,022 × 1023 moléculas deste gás;1 mol de íons equivale a aproximadamente 6,022 × 1023 íons;1 mol de grãos de areia equivale a aproximadamente 6,022

× 1023 grãos de areia.

http://pt.wikipedia.org/wiki/Massa_at%C3%B4mica

http://pt.wikipedia.org/wiki/Mol%C3%A9culas

http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%8Dons

http://pt.wikipedia.org/wiki/Areia

http://pt.wikipedia.org/wiki/Areia

http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%8Dons

http://pt.wikipedia.org/wiki/Mol%C3%A9culas






MASSA MOLAR

É a massa em gramas de um mol de entidades elementares – átomos,

moléculas, íons, elétrons, outras partículas ou outros grupos específicosde tais partículas. É representada pela letra "M" e expressa na unidadeg/mol.

A massa molar de um elemento químico ou de uma substância énumericamente igual à massa atômica desse elemento ou do total dasmassas atômicas componentes da substância em unidades de massaatômica. Desta forma, conhecendo-se a massa atômica de um elemento(expressa em unidades de massa atômica, u.m.a.) ou dos elementosconstituintes da substância, sabe-se também a sua massa molar – expressa em g/mol.

Ex.: a massa atômica total da substância água, H2O = 18 u.m.a., logo:M = 18 g/mol.



Energia Interna (U)

De um modo geral a energia interna (U) é a soma detodas as modalidades de energia que um sistema possuiem seu interior (Ex.: energia potencial de ligação entre asmoléculas, cinética de rotação e translação das

partículas, energia química, térmica, etc.).

PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA



PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA

O calor líquido adicionado a um sistema é igual a variação da energiainterna do sistema somada ao trabalho realizado pelo sistema.

Q = U + W

Onde:

Q = Quantidade de calor;

U = Variação de energia interna;

W = Trabalho

A primeira lei da termodinâmica é um enunciado da conservação da

energia. A energia térmica injetada num sistema é contabilizada pelotrabalho feito pelo sistema, ou pelo aumento da energia interna dosistema, ou por uma certa combinação destas duas variações.



sistema

Onde:

ENERGIA INTERNA (U)

S = Entropia;

V = Volume;Ni = Número de Mols da

Espécie i (i = 1,...,n)

(1)

Equação Fundamental da Termodinâmica

ENTROPIA



ENTROPIA

A entropia é uma grandeza termodinâmica que aparecegeralmente associada ao que se denomina em sensocomum de "grau de desordem" de um sistematermodinâmico. Com a entropia procura-se "medir" a parte

da energia que não pode ser transformada em trabalho emtransformações termodinâmicas.

http://pt.wikipedia.org/wiki/Energia

http://pt.wikipedia.org/wiki/Trabalho

http://pt.wikipedia.org/wiki/Trabalho

http://pt.wikipedia.org/wiki/Energia



O mínimo de entropia possível corresponde à situação emque átomos de uma substância estariam perfeitamenteordenados em uma estrutura cristalina perfeita. Essasituação deve ocorrer, teoricamente, a 0 K (zero absoluto).

Em outras temperaturas, a entropia de uma substância deveser diferente de zero.

Quanto maior a temperatura de uma substância, maior omovimento das suas partículas, mais desorganizada ela estáe, portanto, maior a sua entropia.

Para uma mesma temperatura a entropia no estado gasosoé maior que aquela no estado líquido, que, por sua vez, émaior que a do estado sólido.

http://www.infoescola.com/quimica/estrutura-cristalina/




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