UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS

CENTRO DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUMICA

NOTAS DE AULA

LABORATRIO DE ENGENHARIA QUMICA I

Macei-AL

2013

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APRESENTAO

A disciplina Laboratrio de Engenharia Qumica I (LEQ I) tem por finalidade integrar a teoria exposta em sala de aula prtica vivenciada em laboratrio. Os experimentos sero efetuados em diversos mdulos, abordando aspectos relacionados Transferncia de Quantidade de Movimento e Energia e aos princpios de Operaes Unitrias I.

Os alunos contam com roteiros impressos das prticas preparados pelos Professores. Logo, h a necessidade da melhor forma de organizao ao desenvolver esses roteiros, estando aberto a sugestes.

Prof. Ana Karla de Souza Abud

Coordenadora do Laboratrio de Engenharia Qumica

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SUMRIO 1. INTRODUO ................................................................................................................... 1 2. ESTRUTURA 2.1. HORRIO E PROFESSOR ... .............................................................................. 2.2. CALENDRIO .....................................................................................................

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3. INSTRUES GERAIS E CRITRIO DE AVALIAO 3.1. ESQUEMA DE FUNCIONAMENTO DA DISCIPLINA .................................... 3.2. RELATRIO ......................................................................................................... 3.3. CRITRIO DE AVALIAO ..............................................................................

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6 4. USO DO LABORATRIO 4.1. BOAS PRTICAS DE LABORATRIO .............................................................. 4.2. SEGURANA NO LABORATRIO .................................................................... 4.3. BRINCADEIRAS EM LABORATRIO .............................................................. 4.4. PRIMEIROS SOCORROS .....................................................................................

4.5. FICHAS DE SEGURANA DE PRODUTOS QUMICOS ..................................

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5. EXPERIMENTOS DETALHADOS 5.1. MEDIO DE TEMPERATURA ......................................................................... 5.2. MEDIO DE PRESSO E DE VAZO ............................................................ 5.3. DETERMINAO DE DENSIDADE E DA VISCOSIDADE .......................... 5.4. DETERMINAO DA QUALIDADE DO COMBUSTVEL E DA

PROPORO GASOLINA x LCOOL ................................................................... 5.5. EXPERIMENTO DE REYNOLDS ....................................................................... 5.6. BALANO DE MASSA......................................................................................... 5.7. DETERMINAO DA PERDA DE CARGA EM TUBULAES .................... 5.8. DETERMINAO DO TEMPO DE ESVAZIAMENTO DE UM TANQUE ..... 5.9. BALANO DE ENERGIA ................................................................................. 5.10 BOMBAS................................................................................................................ 5.11. ENSAIOS DE SEDIMENTAO .........................

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45 50 54 60 67 73 81

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1. INTRODUO

A disciplina de Laboratrio de Engenharia Qumica I, no contexto do Curso, tem como objetivos colocar o aluno em contato com alguns equipamentos bsicos, aprofundar os conhecimentos tcnicos e desenvolver as seguintes habilidades:

capacidade de conduzir e interpretar resultados de atividades experimentais;

formao abrangente que lhe propicie aliar a teoria prtica;

capacidade de trabalho em equipe;

capacidade crtica com relao a conceitos de ordem de grandeza;

capacidade de leitura, expresso e interpretao grfica;

capacidade de obteno e sistematizao de informaes;

capacidade de utilizao da informtica como instrumento do exerccio da engenharia.

Alm desses objetivos gerais, cada experimento tem seus prprios objetivos especficos. A leitura e compreenso prvia do roteiro da prtica so de fundamental importncia para um melhor aproveitamento na aula experimental.

Devido s particularidades da disciplina de Laboratrio de Engenharia Qumica I e s dificuldades encontradas pelos alunos na elaborao de relatrios, sugerimos que voc leia atentamente as instrues gerais para a elaborao de um relatrio (item 4.2) e tenha conhecimento das normas ABNT.

Aproveite esta ocasio, dedique-se disciplina e aprenda a elaborar um bom relatrio, que em muito ser til na sua vida profissional.

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2. ESTRUTURA CURRICULAR

2.1. HORRIO DE CADA TURMA Dia Quarta Quarta

Turma e horrio Turma A

11:10 s 12:50

Turma C

13:30 s 15:10

2.2. CALENDRIO 2013/1 Data Assunto da aula

24/04/2013 Introduo, Primeiros Socorros e Trabalho no Laboratrio

01/05/2013 Feriado Dia do Trabalho

08/05/2013 Prat 1 - Medio de temperatura

15/05/2013 Prat 2 - Medio de presso e vazo

22/05/2013 Semana das Engenharias

29/05/2013 Prat 3 - Determinao da densidade e viscosidade

05/06/2013 Prat 4 - Determinao da qualidade do combustvel Prat 5 - Experincia de Reynolds

12/06/2013 Prat 6 - Balano de massa

19/06/2013 1 avaliao

26/06/2013 Prat 7 - Determinao da perda de carga em tubulaes

03/07/2013 Prat 8 - Determinao do tempo de esvaziamento de um tanque

10/07/2013 Prat 9 - Balano de energia

17/07/2013 Prat 10 - Bombas simples, com singularidades, em srie e em paralelo

24/07/2013 Prat 11 - Ensaios de sedimentao

31/07/2013 2 avaliao

07/08/2013 REAVALIAO 14/08/2013 PROVA FINAL

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3. INSTRUES GERAIS E CRITRIOS DE AVALIAO

3.1. ESQUEMA DE FUNCIONAMENTO DA DISCIPLINA No primeiro dia de aula os alunos devero ficar informados sobre:

Esquema de funcionamento da disciplina e critrio de avaliao; Experimentos a serem realizados na disciplina; Instrues de segurana em laboratrio qumico e primeiros socorros.

Na medida do possvel, cada turma ser dividida em grupos e em cada aula sero realizados experimentos.

Executada a experincia, os grupos devero entregar ao professor uma cpia dos dados experimentais obtidos e, obrigatoriamente, na aula prtica seguinte, entregar o relatrio completo, escrito mo, de acordo com o roteiro descrito no item 3.2.

Os relatrios tero peso 4 na avaliao. A cada semana de atraso na entrega do relatrio, a nota dada ao mesmo perder 10% do seu valor.

As aulas sero realizadas no esquema semanal, conforme programao preestabelecida (item 2.2), sendo obrigatria a presena de todos os membros de cada grupo desde o incio da aula, pois ao aluno que no comparecer aula ser atribuda nota zero no relatrio correspondente ao experimento.

A reposio de aulas s poder ser feita em outra turma, mediante autorizao prvia do professor. Entenda por prvia uma antecedncia de no mnimo 15 horas.

O relatrio dever ser feito individualmente com os dados obtidos pelo mesmo, sendo a exceo quando o professor autorizar relatrio em grupo.

No incio de cada experincia, o professor dar instrues sobre o uso dos equipamentos e roteiro da prtica, mas os alunos devero, antecipadamente, estudar o roteiro da experincia, existente no material.

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3.2. RELATRIO O aluno livre para escolher entre folha avulsa e caderno de ata. A obrigatoriedade, contudo, da escrita mo, colando apenas grficos e figuras que achar pertinentes.

Em caso de uso do caderno de ata, a folha em branco inicial deve conter o nome do aluno, turma da disciplina e nmero de matrcula. As duas folhas seguintes devero ser deixadas em branco para posterior colocao do ndice.

Ttulo Nome do aluno Resumo

o espelho de todo o trabalho. Deve ser escrito em pargrafo nico, contendo uma breve introduo sobre o assunto, principais objetivos do experimento, resultados e principais concluses obtidas. Ou seja, no mximo de conciso, deve incluir o que se fez, como se fez e que valores e/ou concluses se obteve no experimento.

Fundamentao Terica (apenas 2 a 4 pargrafos) Importncia do assunto, curiosidades e aplicaes; Equipamentos e tcnicas conhecidas para alcanar os objetivos; Fundamentos tcnico-cientficos envolvidos na prtica; No ser aceita cpia do roteiro.

Objetivos do Experimento Resultados e Discusso

Descrio dos mtodos utilizados para os clculos realizados; Apresentao de uma amostra detalhada dos clculos efetuados na obteno

dos resultados a partir dos dados experimentais, com valores numricos e unidades;

Apresentao dos resultados e dos dados obtidos experimentalmente em tabelas e grficos enumerados.

Anlise crtica da qualidade dos dados experimentais, em funo de possveis fontes de erro e limitaes do equipamento, e a validade dos resultados;

Comparar os resultados com os obtidos por outros autores em experimentos similares.

Concluses Apresentar de forma objetiva as principais concluses luz da discusso

dos resultados (frases curtas e incisivas).

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Sugestes Sugerir melhorias do experimento com base nas dificuldades encontradas:

imprecises de medidas, tcnicas experimentais mais apropriadas, limitaes da modelagem matemtica utilizada etc.

Referncias Consultadas Seguir normas da ABNT, que pode ser consultada no site

http://www.leffa.pro.br/textos/abnt.htm

Observaes: Para avaliao dos relatrios apresentados observar-se-, principalmente:

1. Poder de sntese (teoria e reviso bibliogrfica) e compreenso dos objetivos do trabalho experimental;

2. Redao, organizao e apresentao; 3. Criatividade e independncia; 4. Coerncia na apresentao de dados e resultados.

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3.3. CRITRIO DE AVALIAO DA DISCIPLINA Durante o curso, os alunos realizaro o conjunto de experincias de laboratrio e os grupos

devero elaborar os respectivos relatrios de cada experimento, que sero avaliados pelo professor da turma.

H reprovao por falta e o aluno que tiver acima de 7 faltas no poder realizar nem a reavaliao e nem a prova final.

Alm disso, os alunos realizaro duas provas escritas individuais, sobre os experimentos executados. Em cada avaliao, os relatrios tero peso 4 e a prova escrita peso 6.

A nota de cada perodo (NB) ser assim constituda:

10*6*4 NPMRNB +=

onde:

MR = mdia aritmtica dos relatrios do referido bimestre.

NP = nota obtida em prova escrita.

Prova Final: O exame final constar de uma prova escrita individual sobre os experimentos realizados durante o ano.

Observaes:

i) As provas sero realizadas nos horrios de aula, conforme programao apresentada no item 2.2, sendo o local comunicado com antecedncia.

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4. USO DO LABORATRIO Todo trabalho a ser feito em um laboratrio apresenta risco, seja ele pela ao dos produtos

qumicos, eletricidade ou por chama, que podem levar a incndios, exploses e outros acidentes, resultando em danos materiais assim como de natureza fsica.

Os laboratrios de qumica, em particular, so lugares de trabalho que necessariamente no so perigosos, desde que certas precaues sejam tomadas. Os acidentes no laboratrio ocorrem, frequentemente, em virtude da pressa excessiva na obteno de resultados. Por isso, todo aquele que executa atividade em laboratrio deve ter responsabilidade no seu trabalho e evitar atitudes ou pressa que possam acarretar acidentes e possveis danos para si e para os demais. Deve-se prestar ateno a tudo a sua volta e se prevenir contra perigos que possam surgir ao longo da sua atividade e do trabalho de outros.

Assim, o engenheiro qumico deve adotar uma atitude atenciosa, cuidadosa e metdica no que faz. Deve, particularmente, concentrar-se na atividade que est realizando e no permitir qualquer distrao enquanto trabalha. Da mesma forma, no deve distrair os demais enquanto desenvolvem trabalhos no laboratrio.

4.1. BOAS PRTICAS DE LABORATRIO As Boas Prticas de Laboratrio so um instrumento que permite a normatizao e o bom

uso do laboratrio. Exigem que cada tcnico de laboratrio, professor, aluno ou visitante observem o seguinte ao utilizar as dependncias dos mesmos:

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1. No consumir alimentos e bebidas no laboratrio.

2. No usar cabelo solto quando este for longo.

3. Utilizar proteo apropriada para os olhos e outros equipamentos de proteo individual quando necessrio.

4. Usar os equipamentos do laboratrio apenas para seu propsito designado. Observar se a voltagem do equipamento a adequada.

5. Assegurar-se que o coordenador do laboratrio esteja informado de qualquer condio de falta de segurana.

6. Conhecer a localizao e o uso correto dos equipamentos de segurana disponveis.

7. Determinar causas de risco potenciais e as precaues de segurana apropriadas antes de comear a utilizar novos equipamentos ou implantar novas tcnicas no laboratrio e confirmar se existem condies e equipamentos de segurana suficientes para implantao do novo procedimento.

8. Evitar perturbar ou distrair quem esteja realizando algum trabalho no laboratrio. 9. Assegurar-se que todos os agentes que ofeream algum risco estejam rotulados e estocados corretamente.

10. Consultar os dados de segurana existentes antes de utilizar reagentes qumicos com os quais no esteja familiarizado e seguir os procedimentos apropriados ao manusear ou manipular agentes perigosos.

11. Todas as reaes onde houver desprendimento de gases txicos devem ser executadas na capela.

12. Seguir os procedimentos de descarte adequados para cada reagente ou material de laboratrio.

13. Nunca se deve adicionar gua ao cido e, sim, ao contrrio. cido sobre a gua e cuidadosamente.

14. Nunca pipetar ou sugar diretamente com a boca materiais biolgicos, perigosos, custicos, txicos, radioativos ou cancergenos.

15. Evitar a exposio a gases, vapores e aerossis. Utilizar sempre uma capela ou fluxo para manusear estes materiais.

16. Ao aquecer um tubo de ensaio, deve-se proceder de maneira adequada para que o contedo no seja lanado para fora na direo de algum, podendo causar um acidente grave.

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17. Aventais e luvas utilizados no laboratrio que possam estar contaminados com materiais txicos ou patognicos no devem ser utilizados nas reas de caf, salas de aula ou salas de reunies.

18. Antes de sair do laboratrio, lavar sempre as mos para minimizar os riscos de contaminaes pessoais e em outras reas. No laboratrio sempre devem existir locais para a lavagem das mos com sabonete ou detergente apropriado e toalhas de papel descartveis.

19. expressamente proibido fumar dentro do laboratrio. A proximidade com materiais txicos, biolgicos e inflamveis faz com que ao fumar se corra o risco de ingesto acidental de reagentes ou de incndio.

Devem-se utilizar mscaras apropriadas sempre que uma operao envolva reagentes qumicos com potencial de exploso ou que podem espirrar no rosto. Alguns exemplos incluem:

a) Quando uma reao realizada pela primeira vez. b) Quando uma reao realizada no laboratrio executada em uma escala maior do que a

normal.

c) Sempre que uma operao for realizada fora das condies ambientes. d) Sempre que existir a possibilidade de ocorrer um borrifo ocorrer ao manusear materiais

corrosivos.

Para o manuseio de vidraria de laboratrio:

1. Nunca se deve trabalhar com vidraria danificada, devendo ser consertada ou descartada

2. Ao trabalhar com tubos ou conexes de vidro, deve-se utilizar uma proteo adequada para as mos.

3. Utilizar proteo adequada nas mos ao manusear vidros quebrados.

4. Familiarizar-se com as instrues apropriadas ao utilizar vidraria para fins especficos.

5. Descartar vidraria quebrada em recipientes plsticos ou de metal etiquetados e que no sejam utilizados para coleta de outros tipos de materiais de descarte.

6. Descartar a vidraria contaminada como recomendado. Por exemplo, quando utilizada em microbiologia, a vidraria quebrada deve ser esterilizada em autoclave antes de ser dispensada para coleta em recipiente apropriado. Materiais cirrgicos usados (agulhas, seringas, lminas, giletes, etc) devem ser descartados em caixa de descarte para materiais perfuro cortantes com smbolo indicando material infectante e perigo. Lmpadas fluorescentes e resduos qumicos no devem ser jogados nos coletores de

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lixo tradicionais, devem ser descartados em recipientes diferentes e identificados com etiquetas.

Quanto aos equipamentos eltricos: a) Todos os equipamentos eltricos devem ter certificado de qualidade ao serem adquiridos

ou serem aprovados quando de sua aquisio.

b) No se devem utilizar extenses para ligar aparelhos a instalaes permanentes. c) Utilizar interruptores com circuito de fio terra quando existir o risco de que o operador

esteja em contato com gua e com equipamento eltrico simultaneamente. d) Somente pessoal qualificado e treinado est autorizado a consertar ou modificar

equipamentos eltricos ou eletrnicos

As normas para o uso de reagentes qumicos indicam que:

1. Todos os reagentes qumicos, solues, solventes e sais utilizados no laboratrio devem ser etiquetados apropriadamente e guardados de acordo com sua compatibilidade.

2. Todos os frascos contendo solues ou reagentes devem ser rotulados com o nome do produto, a data de aquisio ou preparao, validade e responsvel pela soluo. Quando necessrio adicionar informaes sobre o risco, perigo e condies de segurana em seu manuseio.

3. As prateleiras para estoque devem ser apropriadas para conter os frascos de reagentes e serem feitas de material resistente aos produtos qumicos a serem guardados. Bandejas de plstico resistentes podem ser utilizadas para estocar reagentes que possuam propriedades qumicas especiais.

4. aconselhvel que as prateleiras possuam uma borda ou algo equivalente que evite que os frascos possam escorregar e cair das prateleiras.

5. Reagentes perigosos em frascos quebrveis, como materiais altamente txicos (cianetos, neurotoxinas), inflamveis (dietilter, acetona), lquidos corrosivos (cidos) ou materiais sensveis a impactos (percloratos), devem ser estocados de tal maneira que o risco de quebra seja minimizado. aconselhvel que reagentes qumicos em frascos de vidro ou pesando mais de 500 g no sejam estocados a mais de 2 metros do cho.

6. Devem-se comprar apenas quantidades limitadas de reagentes qumicos, somente para uso imediato. No aconselhvel guardar reagentes qumicos por perodos de tempo muitos longos por risco de perder suas propriedades fsico-qumicas.

7. No estocar reagentes qumicos diretamente sob a luz solar ou prximo a fontes de calor.

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8. No se devem estocar reagentes inflamveis na geladeira. Quando necessrio, deve ser feito por perodos muito curtos, pois os refrigeradores domsticos contem fontes de ignio como a luz de abertura de porta e o termostato.

9. Solventes inflamveis e bases e cidos altamente corrosivos devem ser transportados em frascos apropriados.

As capelas dos laboratrios servem para conter e trabalhar com reaes que utilizem ou produzam vapores txicos, irritantes ou inflamveis, mantendo o laboratrio livre de tais componentes. Com a janela corredia abaixada, a capela fornece uma barreira fsica entre o tcnico de laboratrio e a reao qumica. Todos os procedimentos envolvendo a liberao de materiais volteis, txicos ou inflamveis devem ser realizados em uma capela para eliminar os riscos. O uso da capela altamente recomendado ao utilizar os seguintes materiais:

materiais e combustveis inflamveis.

materiais oxidantes

materiais com efeitos txicos srios e imediatos

materiais com outros efeitos txicos

materiais corrosivos

materiais que reagem perigosamente

Quanto ao uso de equipamento de proteo individual (EPI): 1. No laboratrio deve-se usar equipamento de proteo pessoal apropriado aos riscos existentes.

2. O equipamento de proteo individual no deve ser considerado o principal meio de proteo dos funcionrios dos laboratrios. Os procedimentos de trabalho e equipamentos, como capelas, chuveiros, etc. tambm devem ser considerados.

3. O equipamento de proteo individual deve ser utilizado por todo o pessoal existente no laboratrio e no apenas pelos que estiverem trabalhando no momento, uma vez que no laboratrio, os riscos de acidente esto presentes, mesmo que no se esteja trabalhando ativamente. Devem-se vestir roupas apropriadas durante todo o tempo.

4. Equipamentos de proteo individual (aventais, mscaras, toucas e luvas) no devem ser utilizados em reas pblicas se tiverem sido utilizados em reas contaminadas. Da mesma forma, os aventais utilizados nas reas esterilizadas (por exemplo, Biotrio), no devem ser usados em reas pblicas ou contaminadas. Nestes casos, os equipamentos devem ser guardados em lugares apropriados nos setores de utilizao.

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Existem muitos tipos diferentes de luvas de proteo disponveis e devem ser escolhidas aquelas que do a melhor proteo em cada rotina de trabalho especfica. Existem luvas de diferentes materiais e que, portanto, possuem resistncias diferentes aos produtos qumicos. O melhor tipo deve ser selecionado nos catlogos dos fabricantes antes de sua utilizao.

O contato de materiais txicos e de risco com a pele exposta ou com os olhos podem causar problemas de sade bastante srios. culos de segurana aprovados com proteo lateral so o mnimo de proteo requerida em um laboratrio.

As lentes de contato no so um meio de proteo e devem ser usadas em conjunto com culos de proteo apropriados em reas de risco.

Devem-se usar roupas que permitam a cobertura mxima do corpo de acordo com o nvel de risco ao qual o funcionrio esteja exposto. Pode surgir risco ao se derramar ou borrifar alguns reagentes sem utilizao de roupas adequadas (por exemplo, pelo uso de bermudas, mini-saias, sandlias, chinelos, etc.). A proteo mnima que um funcionrio de laboratrio deve ter consiste em usar calas compridas, camisa ou camiseta, meias e sapatos fechados. Sempre consultar o supervisor do laboratrio para conhecer os requisitos especficos de cada laboratrio.

Contudo, muitos procedimentos exigem proteo adicional do corpo. Nestas situaes, luvas e aventais so recomendados. Os aventais de borracha devem ser utilizados ao manusear materiais ou reagentes altamente corrosivos.

Em circunstncias normais, aparelhos respiratrios no so necessrios para as situaes

existentes nos laboratrios. A utilizao de capelas geralmente elimina os problemas de riscos respiratrios.

4.2. SEGURANA A fim de evitar pnico e, consequentemente, um agravamento das situaes de emergncia, todo o pessoal deve ter conhecimento da localizao e funcionamento dos equipamentos de segurana, bem como das atitudes a serem tomadas.

Devem ser previstos no laboratrio os equipamentos de primeiros socorros, extintores de incndio, chuveiros de emergncia, lava-olhos, telefone de pronto-socorro, mdico e bombeiro.

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Um lava-olhos e um chuveiro de emergncia devem estar acessveis a todo o momento nos laboratrios onde reagentes perigosos para a pele e

os olhos so usados. Os funcionrios devem estar a menos de 25 m e devem atravessar no mximo uma porta para chegar ao local onde

estejam o lava-olhos e o chuveiro de emergncia

Os laboratrios devem estar equipados com um nmero suficiente de extintores de incndio do tipo correto para ser usado nos materiais que esto sendo manipulados.

Todos os equipamentos de emergncia devem ser checados periodicamente. Os lava-olhos e os chuveiros devem ser testados anualmente. Os extintores de incndio devem ser inspecionados mensalmente. Um registro das inspees deve ser colocado numa etiqueta afixada ao equipamento.

4.3. BRINCADEIRAS EM LABORATRIO

Os produtos qumicos devem ser manipulados com todo cuidado, por mais incuos que possam parecer. Sua manipulao, repetimos, requer ateno especialssima.

Laboratrio no local adequado para brincadeiras!

Resista tentao!

Produtos qumicos devem ser manipulados com todo cuidado. Reserve toda ateno para o experimento em andamento e antes do uso consulte a ficha de segurana do produto qumico a ser utilizado.

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4.4. PRIMEIROS SOCORROS

O coordenador do laboratrio responsvel por conhecer e aplicar as tcnicas de primeiros socorros e por verificar que todo o pessoal de laboratrio esteja familiarizado com a localizao dos kits de primeiros socorros. Os funcionrios/tcnicos devem ser treinados a prestar primeiros socorros.

Aps o primeiro atendimento, o funcionrio deve ser conduzido enfermaria ou mesmo ao hospital, dependendo da gravidade do caso

Em acidentes com exposio da pele a produtos qumicos, deve-se:

1. Lavar todas as reas do corpo afetadas por 15 a 20 minutos com gua corrente.

2. No usar sabo ou detergente at verificar as normas de risco e segurana do reagente em questo.

3. Encaminhar a pessoa ao hospital se a irritao persistir, se houver um dano aparente ou se as normas de segurana do produto assim exigirem.

4. Quando grandes reas do corpo forem atingidas, a utilizao dos chuveiros mais eficiente se toda a roupa da regio afetada puder ser removida.

Em acidentes com exposio dos olhos a produtos qumicos, deve-se:

1. Lavar os olhos durante 15 a 20 minutos em gua corrente. Manter os olhos abertos enquanto se efetua a lavagem.

2. Sempre procurar atendimento mdico no hospital no caso de exposio dos olhos a materiais perigosos.

Antes de utilizar qualquer reagente qumico, o usurio do laboratrio deve se familiarizar com os riscos potenciais de incndio associados a esse reagente. Estas informaes podem ser encontradas nas especificaes do reagente. As informaes devem incluir produtos de decomposio, temperaturas crticas e o tipo de equipamento mais indicado para conter o incndio se porventura o reagente pegar fogo.

Se um pequeno incndio comear no laboratrio e estiver restrito a um bquer, um frasco ou outro recipiente pequeno pode-se tentar domin-lo com o extintor apropriado ou abaf-lo com uma coberta.

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Se o incndio no estiver limitado a uma pequena rea, se houver envolvimento de materiais volteis ou txicos ou se as tentativas de conter um pequeno incndio forem inteis, devem-se tomar as seguintes providncias:

1. Informar todo o pessoal nas reas vizinhas da existncia de um foco de incndio.

2. Se possvel, fechar todas as portas que possam isolar o foco de incndio do restante das instalaes.

3. Evacuar as instalaes utilizando as escadas e as sadas de emergncia. No utilizar os elevadores.

4. Entrar em contato com o corpo de bombeiros, explicar a natureza do fogo e identificar todos os possveis produtos de risco como fumaas txicas, materiais potencialmente explosivos, meios de combater o fogo, etc.

5. Preencher um relatrio de acidentes/incidentes.

As classes de incndios so:

Classe A combustveis comuns como madeira, papel, tecidos, plsticos, etc.

Classe B lquidos inflamveis

Classe C gases inflamveis

Classe D metais inflamveis

Classe E equipamentos eltricos

Os tipos de extintores so:

Extintores de P Seco tipo ABC utilizados em incndios da classe A, B e C.

Extintores de gua pressurizada, utilizados somente em incndios da classe A. No use este tipo de extintor em materiais carregados eletricamente, pois poder resultar em choque eltrico. Se utilizado sobre lquido inflamvel pode causar o espalhamento do fogo.

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Extintores de gua pressurizada, utilizado para as classes B, C e E, mais indicado para o laboratrio.

Extintores de espuma, utilizado para as classes A e B.

No manuseio e estocagem de reagentes, os seguintes grupos qumicos devem ser guardados separadamente de reagentes qumicos de outros grupos e em lugares de estoque separados.

cidos - exemplo: cido clordrico, cido fluordrico, cido ntrico, cido sulfrico, cido fosfrico, cido perclrico. O cido perclrico pode ser guardado com outros cidos, mas mantido em uma bandeja separada e manuseado sempre em capelas com excelente exausto, principalmente no caso de se lidar com quantidades superiores a 10 mL. Se, por exemplo, cido sulfrico pingar na prateleira, e esta for de madeira, e cido perclrico cair no mesmo lugar, imediatamente este local pegar fogo

Solventes inflamveis - exemplos: acetona, lcool, ter, dietil-ter, benzeno, acetonitrila, formamida, tolueno, xilol. As normas da Polcia Federal no permitem o estoque de solventes inflamveis no laboratrio, devendo estes serem dispostos num local especfico. Os materiais inflamveis tm um ponto de ebulio menor que 37,8C. Os materiais combustveis possuem um ponto de ebulio entre 37,8C e 93C.

Solventes no inflamveis - clorofrmio, metileno, tetracloreto de carbono.

cidos orgnicos como actico, butrico, e frmico so materiais combustveis e devem ser estocados com solventes inflamveis.

Oxidantes inorgnicos - exemplos: nitratos, nitritos, cloratos, percloratos, periodatos, permanganatos e persulfatos.

Bases (Materiais Alcalinos) - exemplos: hidrxido de sdio, hidrxido de potssio, hidrxido de amnio e aminas orgnicas.

Ciano-compostos - exemplos: cianeto de sdio, ferrocianeto de potssio, tiocianato de sdio, cianobrometo.

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Alguns materiais que requerem consideraes especiais de estoque

1. cido pcrico - Inspecionar mensalmente e manter imerso em gua destilada. Secar apenas a quantidade necessria para uso imediato. O cido pcrico seco sensvel a choques.

2. Substncias formadoras de perxidos - Os materiais formadores de perxidos devem ser datados quando sua embalagem for aberta pela primeira vez e descartados quando o tempo limite de estoque recomendado for atingido.

Aps 3 meses ter isoproplico, di-vinil-acetileno, cloreto de vinilideno, butadieno, cloropreno, tetrafluoroetileno.

Aps 12 meses ter etlico, tetrahidrofurano, dioxano, acetaldedo, ter vinlico, diacetileno, metil-acetileno, ciclohexano.

A maioria destes materiais inflamvel e devem ser guardados em almoxarifados isolados.

3. Outros materiais sensveis a choques - Compostos ntricos, nitratos orgnicos, acetilenos, azidas, diazometano. Deve-se adquirir sempre pequenas quantidades destes materiais e descartar assim que o projeto no qual est sendo utilizado terminar.

4. Perxidos orgnicos - Comprar sempre pequenas quantidades, manter sob refrigerao e descartar 12 meses aps ter sido aberto. Exemplos: benzilperxido, cido per-actico.

5. Materiais reativos com gua - Exemplos: metais de sdio e potssio, pentxido de fsforo, cloreto de alumnio, cloreto de titnio.

6. Materiais que reagem com o ar (pirognicos) - Exemplos: alquil - compostos de ltio, reagente de Grignard, fsforo branco.

7. Todos os outros reagentes, incluindo sais inorgnicos e lquidos e slidos orgnicos, podem ser estocados juntos.

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As rotulagens e smbolos de risco:

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4.5. FICHAS DE SEGURANA Na disciplina LEQ 1 (Laboratrio de Engenharia Qumica 1), um dos reagentes a serem

manuseados ser o mercrio. Trata-se de um lquido prateado, que na temperatura normal metal e inodoro. No um bom condutor de calor, comparado com outros metais, mas um bom condutor de eletricidade. Estabelece liga metlica facilmente com muitos outros metais como o ouro ou a prata produzindo amlgamas. insolvel em gua e solvel em cido ntrico. Quando a temperatura aumentada transforma-se em vapores txicos e corrosivos mais densos que o ar. um produto perigoso quando inalado, ingerido ou em contato, causando irritao na pele, olhos e vias respiratrias.

O mercrio armazenado deve estar etiquetado com as frases R: R 23 ("Txico por inalao") e R 33 ("Perigo de efeitos acumulativos"). Tambm deve conter as frases S: S 1/2 ("Conserve sob chave e manter fora do alcance de crianas"), S 7 ("Manter o recipiente bem lacrado") e S 45 ("Em caso de acidente ou mal-estar, chame imediatamente o mdico (se possvel mostre-lhe a etiqueta)").

Geralmente quem for intoxicado pelo vapor do mercrio pode apresentar sintomas como dor de estmago, diarria, tremores, depresso, ansiedade, gosto de metal na boca, dentes moles com inflamao e sangramento na gengiva, insnia, falhas de memria e fraqueza muscular, nervosismo, mudanas de humor, agressividade, dificuldade de prestar ateno e at demncia. Mas pode se contaminar, tambm, atravs de ingesto. No sistema nervoso, o produto tem efeitos desastrosos, podendo dar causa a leses leves e at vida vegetativa ou morte, conforme a concentrao.

Os procedimentos de primeiros socorros quando da contaminao do mercrio so:

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Inalao: transladar a vtima para o ar fresco e buscar auxlio mdico.

Contato com a pele: retirar a roupa contaminada, lavar a rea afetada com gua e sabo e buscar auxlio mdico.

Contato com os olhos: lavar imediatamente os olhos com gua e buscar auxlio mdico.

Ingesto: enxaguar a boca com gua e buscar auxlio mdico.

Um exemplo de ficha de segurana para o mercrio exposta a seguir.

O objetivo principal do campo avaliao sumria de risco apresentar uma avaliao simples e fcil de ser entendida por todos, dos considerados principais riscos de um produto qumico, isto , sade, inflamabilidade e reatividade.

O sistema a ser utilizado o normalmente denominado de "Diamante de Hommel" que consta basicamente de um losango dividido em quatro quadrados coloridos, conforme o tipo de risco a ser analisado. O quadrado azul relaciona-se ao risco sade; o vermelho ao risco de inflamabilidade; o amarelo, ao risco de reatividade e o branco a riscos diversos. A avaliao do risco dada atravs da colocao de um nmero de 0 a 4 em cada quadrado, exceto o de cor branca. O significado de cada nmero de forma simplificada:

RISCO

0 Nenhum ou insignificante

1 Leve ou pequeno

2 Moderado

3 Srio

4 Muito srio

21

22

23

5. EXPERIMENTOS DETALHADOS

5.1. MEDIO DE TEMPERATURA

5.1.1 - OBJETIVOS

Dar conhecimento ao aluno dos instrumentos de medida de temperatura e suas caractersticas.

5.1.2 - FUNDAMENTAO TERICA Instrumentos de medidas de variveis operacionais de processos industriais tm vasta

aplicao, recorrendo, em sua grande maioria, a princpios fsicos. Variveis intensivas e extensivas so objeto das medidas e do origem ao desenvolvimento de uma gama de instrumentos utilizados industrialmente. Exemplo:

medidas de temperatura: termmetros, termopares, pirmetros, termorresistores, ...;

medidas de presso: manmetros, transdutores,...;

medidas de vazo: medidores de vazo, rotmetros, fluxmetros, ...;

medidas de viscosidade: viscosmetros,....

A temperatura, como varivel intensiva, uma medida importante na indstria de processos, sendo exigida nos casos em que a aplicao de calor ou frio necessria para o controle de um processo de fabricao.

Os equipamentos destinados medida de temperatura podem utilizar vrios princpios. Na Tabela 5.1.1 esto apresentados alguns tipos de medidores de temperatura e seus princpios de funcionamento.

Tabela 5.1.1 - Termmetros e suas propriedades termomtricas.

Princpio de funcionamento Termmetro Dilatao trmica de corpos metlicos Termmetro metlico

Dilatao trmica de lquidos Termmetro de Hg, lcool Dilatao trmica de gases Termmetro de gs

Resistncia eltrica Bolmetro Fora termo-eletromotriz Agulhas termoeltricas

Brilhncia de corpos incandescentes Pirmetros

Os termmetros usuais em laboratrio, baseados na dilatao trmica de lquidos, podem ter como lquido de enchimento lcool, mercrio, entre outros. Para facilitar a visualizao, utilizam-se

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corantes para o lcool. importante salientar que estes instrumentos precisam ficar na posio vertical, evitando, assim, a quebra do lquido e, conseqentemente, impreciso do instrumento.

O termopar , talvez, o mais usado de todos os tipos de termmetros para tomadas de temperatura (geralmente entre 200 e 1000C) e quando se requer resposta rpida. Os termopares so constitudos de dois fios metlicos de composio metlica homognea soldados (fundidos) entre si por uma das extremidades e ligados s outras extremidades existe um dispositivo capaz de medir a fora eletromotriz, indicando a diferena de temperatura entre as extremidades. A Figura 5.1.1 mostra o desenho esquemtico do funcionamento de um termopar.

Figura 5.1.1 - Esquema de um termopar

5.1.3 - MATERIAIS E MTODOS a) Materiais

Termmetros, termopares, indicador de temperatura, milivoltmetro, recipiente com gua, aquecedor. O conjunto de termmetros e termopares, Figura 5.1.2, dever ser instalado pelos alunos de modo que todos os instrumentos possam determinar a temperatura do banho.

Figura 5.1.2 - Mdulo de medio de temperatura

b) Mtodos Colocar o mdulo em operao observando a seguinte seqncia: a gua do banho

aquecida atravs de uma resistncia eltrica. Conforme a temperatura do banho varia, os alunos devero proceder s medidas pelos instrumentos simultaneamente. Com os dados obtidos das

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leituras nos diversos instrumentos, sero construdas tabelas e curvas de calibrao. Um nmero mnimo de 5 pontos deve ser utilizado para a construo das curvas de calibrao de cada instrumento. Os dados devem ser anotados na Tabela 5.1.2. O procedimento ser realizado no aquecimento e no resfriamento.

Tabela 5.1.2 - Anotaes dos dados obtidos experimentalmente para temperatura.

Aqu

ecim

ento

Medida Indicao do banho

Tempo (min)

Termmetro (C)

Termopar J mV C

Pirmetro

1

2

3

4

5

Res

fria

men

to

Medida Indicao do banho

Tempo (min)

Termmetro (C)

Termopar J mV C

Pirmetro

1

2

3

4

5

5.1.4. CLCULOS Comparar os perfis de temperatura dos instrumentos, no aquecimento e no resfriamento, em funo do tempo e em funo da milivoltagem fornecida pelo termopar.

5.1.5. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS PERRY, R. H. Manual de Engenharia Qumica. 5 Edio, Rio de Janeiro: Editora

Guanabara Dois 1980.

VENNARD, J. K. & STREET, R. L. Elementos de Mecnica dos Fluidos. 5 Edio, Rio de Janeiro: Editora Guanabara Dois, 1978.

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5.2. MEDIO DE PRESSO E DE VAZO

5.2.1 - OBJETIVOS

Dar conhecimento ao aluno de alguns instrumentos de medida de presso e vazo, suas caractersticas e tcnicas de medies.

5.2.2 - FUNDAMENTAO TERICA Entende-se por presso a fora total exercida sobre um elemento de superfcie dividido pela rea da superfcie. Para medir a presso, utiliza-se um manmetro, que um aparelho que produz uma mudana no indicador, tal como a posio, altura de uma coluna de lquido, ou mudana das propriedades eltricas de determinados circuitos, em resposta a uma mudana de presso.

Os mtodos de medio de presso podem ser divididos em trs grupos:

baseados nas medidas de altura de uma coluna contendo um fluido manomtrico (manmetros de tubo em U);

baseados nas medidas de deformao de uma cmara elstica de presso (Tubo de Bourbon, Fole e Membrana);

dispositivos sensores eltricos (Manmetros a deformao elstica) Um Manmetro Bourdon est esquematizado na Figura 5.2.1.

Figura 5.2.1 - Manmetro tipo Bourdon.

Fonte: http://www.automacaoindustrial.com/instrumentacao/pressao/elementos.php

O manmetro de Bourdon um tipo de manmetro na forma de um tubo metlico achatado e recurvado, fechado de um lado e ligado do outro na tomada da presso a ser medida. Quando a presso interna ao aumentada, este tende a endireitar-se, puxando um sistema de alavancas ligado a um ponteiro, causando desta forma seu movimento. O zero ser indicado no mostrador quando a presso interna e externa forem iguais independentes do seu valor. Este tipo de manmetro em

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funo da sua prpria construo medir presses em relao presso reinante no meio que o circunda, a qual normalmente a presso atmosfrica.

Vazo, uma das grandezas mais utilizadas na indstria, pode ser definida como a quantidade de material que passa por uma determinada seo num certo intervalo de tempo, ou seja, o produto da velocidade pela rea da seo por onde o material escoa.

As aplicaes so inmeras, indo desde a medio de vazo de gua em estaes de tratamento e residncias, at medio de gases industriais e combustveis, passando por medies mais complexas como a vazo de sangue no sistema circulatrio.

A escolha correta de um determinado instrumento para medio de vazo depende de vrios fatores. Dentre estes, pode-se destacar:

exatido desejada para a medio tipo de fluido: se lquido ou gs, limpo ou sujo, nmero de fases, condutividade

eltrica, transparncia, etc.

condies termodinmicas: nveis de presso e temperatura nos quais o medidor deve atuar (entre outras propriedades)

espao fsico disponvel

custo, etc.

A aferio de medidores de vazo baseada em padres de volume (comprimento) e tempo, no caso de vazo volumtrica, e massa e tempo, no caso de vazo mssica. No caso de lquidos, mede-se o tempo necessrio para encher um volume conhecido ou volume acumulado em um dado tempo. Variando-se o volume e o tempo, pode-se atingir baixos nveis de incerteza experimental no procedimento de calibrao.

Entre os instrumentos de medio de vazo, destaca-se o rotmetro, bastante usado em indstrias e laboratrios.

Rotmetro um medidor de rea varivel e um dos fluxmetros de maior uso nas indstrias qumicas. Alm dos rotmetros, utilizam-se outros instrumentos para a medio de vazo, tais como Tubo de Venturi, Tubo de Dall, Tubo de Pitot, Orifcio, Bocal, Vertedor, Pisto Flutuante e Cotovelo Especial.

Um rotmetro (Figura 5.2.2) constitudo de um flutuador que pode se mover livremente na direo vertical, colocado num tubo cnico cujo dimetro pouco varia com a abertura maior voltada para cima. O fluido entra por baixo do tubo e eleva o flutuador at que a rea anular entre ele e as paredes do tubo seja suficiente para provocar uma queda de presso capaz de suport-lo. Os rotmetros podem fazer medidas de gases e lquidos a alta e baixa presso.

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Figura 5.2.2 - Esquema bsico de um rotmetro

Hidrmetro ou contador de gua (Figura 5.2.3) um instrumento de medio volumtrica de gua, utilizado em larga escala pelas empresas de saneamento bsico para medir o consumo dos seus clientes, permitindo a emisso das contas de acordo com o volume consumido por cada um. Alm disso, ajuda a estimar as perdas entre a produo e a distribuio de gua.

Figura 5.2.3 - Esquema bsico de um hidrmetro.

5.2.2.3 - MATERIAIS E MTODOS a) Materiais

O mdulo experimental o mesmo utilizado na medio de vazo.

manmetros, hidrmetro, bomba centrfuga, reservatrio de gua

cronmetro, torneira, balana, becker, balde e proveta

Haver, tambm, um sistema de bombeamento com rotmetro

b) Mtodos Colocar o mdulo, ilustrado na Figura 6.2.4, em operao atentando para a seguinte

seqncia:

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Figura 5.2.4 Mdulo e esquema do sistema de medio de presso e vazo.

1. Com as vlvulas V3 e V4 totalmente abertas e as vlvulas V1 e V2 fechadas, ligar a chave liga/desliga no quadro eltrico, gerando pressurizao no sistema;

2. Abrir lentamente a vlvula V2, gerando pressurizao no sistema;

3. Aps totalmente aberta, realizar a leitura nos manmetros M1 e M2 e no tubo em U, para a medio de presso. Para a vazo, com auxlio de cronmetro, fazer a leitura no hidrmetro e a coleta de um volume de gua ao longo do tempo;

4. Pesar o recipiente onde coletou a gua, verificar o volume em proveta e preencher os dados na Tabela 5.2.1;

5. Para a determinao dos outros pontos, ir fechando a vlvula V2;

6. A ltima medida deve ser realizada com a vlvula V1 e V2 parcialmente abertas, observando a possibilidade de cavitao no sistema;

7. Para desligar o equipamento feche totalmente a vlvula V2 e, em seguida, desligue a chave liga/desliga.

Com os dados obtidos das leituras, sero construdas tabela e curva de calibrao do manmetro de Bourdon (M1) em relao ao manmetro de mercrio. Um nmero mnimo de 5 pontos deve ser utilizado para a construo da curva de calibrao de presso. Paralelamente, tambm deve ser feita uma comparao entre o diferencial de presso encontrado entre os manmetros (M1 M2) e comparar-se-o os valores de medio de vazo em hidrmetro, volumtrica e mssica.

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Tabela 5.2.1 - Anotaes de dados obtidos experimentalmente para presso e vazo.

H mercrio (cm)

Bourdon (kgf/cm2) Hidrmetro

(L) Tempo

(s) Massa (g) Volume

(L) M1 M2 Vaso Total

Para verificar outro instrumento de medida de vazo, o rotmetro, ser realizada a medida no sistema apresentado na Figura 5.2.5, de acordo com a seguinte operao:

Figura 5.2.5 - Foto e esquema do sistema de bombas com rotmetro.

1. Abrir totalmente as vlvulas V2 e V4 e parcialmente a vlvula V7;

2. Ligar a bomba B1 e abrir aos poucos a vlvula V1;

3. Ao estabilizar o sistema, realizar, simultaneamente, medidas em M1, M2 e M3 (se houverem), no rotmetro RT1 e coletar volume em tempo cronometrado;

4. Mudar a vazo, abrindo a vlvula V1 e realizar novas medidas;

5. Abrir a vlvula V8 e realizar novas medidas;

6. Fechar a vlvula V1 e desligar imediatamente a bomba B1;

7. Fechar todas as vlvulas

Colocar em operao o sistema de bombeamento com rotmetro e comparar as medidas de vazo no rotmetro e na proveta ao logo do tempo, anotando os dados numa tabela.

31

5.2.3. CLCULOS Comparar os perfis dos instrumentos e a relao entre o valor terico e o valor experimental.

5.2.4. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS BALBINOT, A.; BRUSAMARELLO, V. J. Instrumentao e Fundamentos de Medidas.

1 edio. Rio de Janeiro: Editora LTC, 2007. Volume 2, 672 p.

LIVI, C. P. Fundamentos de Fenmenos de Transporte. 1 edio. Rio de Janeiro: Editora LTC, 2004. 224 p.

RIBEIRO, M. A. Instrumentao. 8 edio. Salvador: Tek Treinamento & Consultoria Ltda, 1999. 478 p.

32

5.3. DETERMINAO DA DENSIDADE E DA VISCOSIDADE

5.3.1. DETERMINAO DA DENSIDADE 5.3.1.1 - OBJETIVOS

Dar conhecimento ao aluno da determinao experimental da densidade de uma mistura utilizando o mtodo do picnmetro.

Aplicar conceitos da teoria dos erros (erro e propagao de erros) no tratamento estatstico de medidas, comparando assim as estimativas de erros estatsticos com erros inerentes dos equipamentos utilizados no experimento.

5.3.1.2 - FUNDAMENTAO TERICA Os estados da matria podem, de forma simplificada, ser agrupados em slido, lquido e gasoso. Uma das propriedades macroscpicas que geralmente distingue esses trs estados da matria a densidade ou massa especfica.

Densidade ou massa especfica de uma substncia a quantidade de massa que ela contm por unidade de volume. As substncias, na sua maioria, aumentam de volume quando aquecidas. Consequentemente, a densidade da maior parte das substncias diminui quando elas so aquecidas. Em sua maioria, as substncias contraem-se quando se solidificam, de maneira que a densidade de slido mais elevada que a densidade do lquido. A densidade tem diversas aplicaes na engenharia, tais como:

Clculo da viscosidade cinemtica;

Clculo da variao de presso num fluido esttico;

Clculo da taxa de variao de massa dentro de um volume de controle

Clculo da vazo lquida em massa saindo de uma superfcie de controle.

entre outras aplicaes.

De forma geral, se a substncia homognea, ento a sua densidade a mesma em todos os pontos do volume que ocupa. A densidade depende do tipo de substncia, mas em geral influenciada pela temperatura e pela presso.

Para encontrar a densidade de um corpo, isolamos um pequeno elemento de volume V ao redor daquele ponto e medimos a massa m do fluido contido no elemento. A densidade ,

portanto, dada pela razo Vm

=

Entretanto, vale lembrar que para os gases (fluidos incompressveis), a densidade pode variar bastante. Define-se, assim, a densidade para um ponto em particular do fluido como sendo:

33

VVVm

lim

= onde V o menor volume para os quais as mdias

estatsticas so significativas.

Sabemos, contudo, que a matria, embora constituda por tomos, , na maioria dos estudos de engenharia, discreta de suas propriedades, o que nos permite trat-la como uma comunidade, facilitando, assim, muitas de suas aplicaes. Desse modo, para fluidos incompressveis e slidos, podemos considerar a densidade simplesmente como a razo de massa sobre volume.

Um aparelho bastante utilizado na determinao da densidade de corpos slidos ou lquidos o picnmetro (Figura 5.3.1), que um pequeno frasco de vidro construdo cuidadosamente de forma que o volume do fluido que contenha seja invarivel. Ele possui uma abertura suficientemente larga e tampa muito bem esmerilhada perfurada na forma de um fino tubo capilar, munido de trao de referncia e que pode conter, tambm, um termmetro. Em alguns casos, tambm pode possuir uma sada lateral.

Figura 5.3.1 Modelos de picnmetros.

5.3.1.3 MATERIAL NECESSRIO proveta

balana semi-analtica

picnmetro

gua destilada

soluo de concentrao conhecida

termmetro

5.3.1.4 CUIDADOS PRELIMINARES

No toque o picnmetro com os dedos (proteja-os com papel absorvente). Eliminar cuidadosamente as bolhas de ar que se aderem superfcie interna do picnmetro.

Lavar muito bem o picnmetro na troca de lquidos, usando na ltima etapa da lavagem (sempre que possvel) o lquido da pesagem seguinte.

Secar o picnmetro externamente, evitando tocar na parte superior do mesmo (tampa).

34

Anotar a temperatura de trabalho.

5.3.1.5 PROCEDIMENTO

Tenha cincia de que os picnmetros existentes no laboratrio no so precisos.

Coloque a soluo de trabalho em um becker e, com um termmetro, determine a temperatura.

Escolha o picnmetro a ser usado e pese-o em balana semi-analtica, determinando m1, a massa do picnmetro vazio.

Retire-o da balana, com auxlio de papel macio, coloque um pouco lquido e o descarte. Este procedimento denominado de rinsagem e visa adequar a vidraria soluo a ser recebida.

Em seguida, preencha-o completamente e coloque, cuidadosamente, a tampa, secando com papel se necessrio.

Coloque a vidraria na balana e efetue a medio da massa da soluo transferida

vaziopicnmetropicnmetrosoluo mmm =

Finalmente, determina-se a densidade:

soluo

soluosoluo V

m =

m1 a massa do picnmetro vazio

m2 a massa do picnmetro cheio com o lquido cuja densidade relativa se deseja determinar m3 a massa do picnmetro cheio de gua pura (na prtica, gua destilada)

Assim, densidade relativa do lquido em questo obtida a partir da equao:

gua

lquidogua lquido,

m

m =

onde:

mlquido= m1-m2 a massa do lquido em questo que ocupa o volume V do picnmetro

mgua= m3-m1 a massa da gua pura que ocupam o mesmo volume V.

Faa esta medida ao menos 2 vezes, tanto para gua quanto para a soluo escolhida.

5.3.1.6 AVALIAO DO ERRO Em qualquer medida experimental realizada, necessrio que tenhamos o conhecimento que

fatores das mais diversas ordens podem interferir no resultado final a ser determinado. Tais desvios podem ter sido ocasionados devido a impurezas presentes na amostra, transferncia de material de

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um recipiente para outro, calibrao dos instrumentos e, tambm, aproximao de resultados numricos.

A margem de erro pode ser determinada pela expresso a seguir:

( )100.

-Erro %

tabelado

tabeladoalexperiment=

A tabela de densidade de solues existente no livro Perrys Chemical Engineers Handbook apresenta, para uma faixa de temperatura de 25 a 40C, as medidas de densidade das solues.

5.3.2. DETERMINAO DA VISCOSIDADE 5.3.2.1. OBJETIVOS

Apresentar a tcnica experimental para a determinao da viscosidade de lquidos baseada num balano de foras num capilar por onde escoa um fluido de densidade conhecida.

5.3.2.2. FUNDAMENTAO TERICA A viscosidade pode ser definida como uma propriedade capaz de medir a resistncia do

fluido deformao provocada por foras tangenciais, ou seja, a resistncia ao cisalhamento (GOMIDE, 1993).

Ser analisada aqui somente a classe de fluidos a qual pode ser aplicada a Lei de Newton da Viscosidade, Equao 1, ou seja, fluidos para os quais o tensor densidade de fluxo de quantidade de movimento proporcional taxa de deformao. Tal classe compreende todos os gases e lquidos homogneos no-polimricos, que so chamados fluidos "newtonianos". A Figura 5.3.2 apresenta curvas reolgicas para diversos tipos de fluidos.

Figura 5.3.2 - Curvas reolgicas para diversos tipos de fluidos.

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Para um fluido newtoniano escoando em estado estacionrio e regime laminar num duto de seo circular, a equao de Newton da viscosidade se reduz a:

drdvz

rz = (1)

onde rz a tenso de cisalhamento (ou densidade de fluxo de quantidade de movimento) em r, vz a velocidade do fluido na direo do escoamento e a viscosidade do fluido. O mtodo do viscosmetro capilar baseia-se na aplicao da Lei de Newton da Viscosidade na parede do duto (em r = R), logo:

R

z

Rrz drdv = (2)

0 =rz (3)

Para a determinao de , portanto, necessrio expressar rz e dvz/dr em termos de grandezas mensurveis. A tenso de cisalhamento (rz) facilmente determinada em r = R a partir de um balano de foras ao longo de um comprimento L do duto (ver Figura 5.3.3). Neste caso:

02 2 pipi RLRP = (4)

(fora de presso) (fora de atrito na parede) onde P a diferena de presso piezomtrica em L e 0 a tenso na parede. Portanto:

LPR20

= (5)

Figura 5.3.3 - Balano de foras em um duto de seo circular.

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O gradiente de velocidades, , pode ser calculado a partir do perfil de velocidades do fluido em regime laminar (captulo 2, BIRD, 1960).

=

2

2 12

Rr

RQ

vz pi (6)

onde Q a vazo volumtrica do fluido.

LRPQ

pi

8

4= (7)

Nesse caso:

34RQ

drdv

Rr

z

pi=

=

(8)

Portanto, a partir da razo entre as equaes (5) e (8), obtm-se a viscosidade do fluido. Do ponto de vista experimental e didtico, prefervel plotar a equao (5) versus a equao (8) para vrios valores de P e Q, obtendo-se a curva reolgica do fluido em questo. Uma reta passando pela origem confirmar que o fluido testado realmente newtoniano, cuja viscosidade dada pela sua tangente (ver Figura 5.3.4). Caso a curva reolgica no seja uma reta, o fluido no-newtoniano e para o mesmo no tem sentido fsico o termo viscosidade. Esta classe de fluidos no ser tratada aqui.

Figura 5.3.4 - Curva reolgica de um fluido newtoniano.

5.3.2.3. MATERIAIS E MTODOS a) Materiais

Este arranjo experimental (esquematizado na Figura 5.3.5), de fcil construo para determinao do comportamento reolgico, foi proposto por MASSARANI (1981) e consiste

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basicamente de um frasco de Mariotte ao qual se acopla um tubo plstico flexvel pelo qual se faz escoar o fluido. Variando-se a altura da posio de sada do tubo e medindo-se a vazo volumtrica e a queda de presso correspondente, obtm-se o diagrama reolgico.

Figura 5.3.5 - Esquema experimental de um viscosmetro capilar.

Alm do frasco de Mariotte sero utilizados becker, cronmetro, balana analtica, rgua, suporte, gua e uma soluo com viscosidade desconhecida.

b) Mtodos A preparao desta prtica feita na seguinte seqncia:

1. Conhecer a largura e o dimetro do capilar a ser utilizado.

2. Vedar o capilar com uma presilha.

3. Colocar gua destilada no frasco de Mariotte em quantidade suficiente para os experimentos e verificar se no h vazamentos.

4. Permitir que a gua escoe pelo capilar para ambient-lo.

5. Pesar o recipiente no qual se coletar a amostra.

6. Definir o H que ser usado para coleta do volume. Observao: pode-se, tambm, definir com parmetro fixo o tempo t e se medir o volume. Este volume deve ser pesado em balana de preciso.

39

7. Coletar 5 pontos e anotar na Tabela 5.3.1.

8. Repetir o mesmo procedimento para a determinao da viscosidade da amostra desconhecida e anotar na Tabela 5.3.2. A densidade da amostra desconhecida, foi determinada experimentalmente a partir do picnmetro.

Tabela 5.3.1 - Dados Experimentais para gua destilada.

Becker H (cm) Massa (g) (becker)

Massa (g) (Becker + gua)

Tempo (s)

1

2

3

4

5

Tabela 5.3.2 - Dados Experimentais para a soluo de viscosidade desconhecida.

Becker h (cm) Massa (g) (becker)

Massa (g) (Becker + Amostra)

Tempo (s)

1

2

3

4

5

Como primeiro passo, determina-se o dimetro do capilar utilizando um fluido de densidade e viscosidade conhecidas (gua). Para este caso, da equao de Hagen-Pouseville, Equao ( 9 ), vem:

4/11282

==

PLQRD

pi

(9)

Reescrevendo a Equao (9) em termos da vazo mssica, m =Q e de P =gh 4/1

128

=

Hg

mLD

pi

(10)

O dimetro do capilar , portanto, determinado como a mdia dos valores obtidos para as vazes m medidas para vrias alturas H.

40

A partir do clculo de D, determinada a curva reolgica conforme Figura 5.3.4,

, para a soluo com viscosidade desconhecida. O valor da viscosidade () calculado a partir do coeficiente angular da reta.

Neste caso:

HL

gD =40

(11)

mDdr

dvRr

z

pi 332

=

=

(12)

5.3.3. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS BIRD, R.B.; STEWART, W.E.; LIGHTFOOT, E.N. Transport Phenomena. 2 edio. New

York: John Wiley & Sons, 2007, 897 p.

BENNET, C. O. & MYERS, J. E.; Fenmenos de Transporte. McGraw Hill do Brasil, 1978.

GOMIDE, R. Fluidos na Indstria Operaes Unitrias (Vol. II), Edio do autor, 1993. MASSARANI, G. Revista do Ensino de Fsica, 3 (2): 39-48, 1981. PERRY, R.H & GREEN, D. Chemical Engineers Handbook. 6 edio. New York: McGraw

Hill, 1984.

SISSON, L.E. & DONALDS, R.P. Fenmenos de Tranporte. Rio de Janeiro: Guanabara Dois, 1979.

VENNARD J. K. & STREET, R.L. Elementos da Mecnica dos Fluidos, Rio de Janeiro: Guanabara Dois, 1978.

WELTY, J.; WICKS, C.; WILSON, R. Fundamentals of Momentum,Heat and Mass Transfer. 2 edio. New York: John Wiley & Sons, 1976.

41

5.4. DETERMINAO DA QUALIDADE DO COMBUSTVEL E PROPORO (GASOLINA x LEO)

5.4.1. OBJETIVOS

Permitir que o aluno avalie a qualidade da gasolina a partir da determinao da densidade e conhea o teor de lcool etlico hidratado presente no combustvel.

5.4.2. FUNDAMENTAO TERICA A qualidade dos combustveis definida por um conjunto de caractersticas fsicas e qumicas previstas nas Normas Brasileiras (NBR) e Mtodos Brasileiros (MB) da Associao Brasileira de Normas Tcnicas (ABNT) e de normas da American Society for Testing and Materials (ASTM). A especificao estabelecida pela ANP, conforme a Lei n 9.478/1997, determina valores-limites para essas caractersticas, de modo a assegurar o desempenho adequado dos combustveis. funo da ANP regular a qualidade dos produtos derivados de petrleo por meio de regras estabelecidas em portarias, instrues normativas e resolues, em conformidade com a legislao e com a Poltica Energtica Nacional. O objetivo destas atividades proteger a sociedade quanto adequao dos combustveis ao uso e ao meio ambiente, considerando a realidade nacional.

O combustvel que no esteja de acordo com as especificaes estabelecidas pelas Portarias e Resolues da ANP pode danificar o motor e outros componentes do veculo, mesmo que o problema seja percebido a longo prazo, quando se torna impossvel demonstrar quando e como o dano foi causado. Entre outros possveis prejuzos causados ao veculo pelas adulteraes esto o rendimento insatisfatrio do veculo, a perda de potncia do motor e o aumento do consumo. Alm disso, as adulteraes podem elevar o nvel da contaminao ambiental por gases e partculas poluentes.

6.4.3. MATERIAIS

Becker

Proveta de 100 mL com boca e tampa esmerilhada

Densmetro

Tabela de correo de densidades e volumes

Tabela de verificao do teor alcolico

Como reagente, utiliza-se a soluo aquosa de cloreto de sdio a 10%

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5.4.4. ESPECIFICAES As especificaes para a gasolina so:

Aspecto: lmpido e isento de impurezas

Cor: pode variar de incolor a amarela (gasolina C) ou verde, quando aditivada Massa especfica: a massa especifica da gasolina a 20C (gasolina C e aditivada) no

especificada pela ANP e situa-se normalmente entre 0,73 e 0,77

Teor de lcool anidro (AEAC): O percentual de AEAC na gasolina atualmente de 23% + 1 (percentual vigente em dezembro de 2006; ver legislao em vigor)

As especificaes para o lcool etlico hidratado combustvel (AEHC) so: Aspecto: lmpido e isento de impurezas

Cor: incolor

Massa especfica a 20 C: 0,805-0,8110 g/mL.

Teor alcolico: 92,6 INPM (mnimo) a 94,7 INPM (mximo) Massa especfica a 20 C com mistura de at 3% de gasolina: 0,805-0,811 g/mL

5.4.5. PROCEDIMENTO PARA O TESTE DO TEOR DE LCOOL NA GASOLINA 1 PASSO: colocar 50 mL da amostra na proveta de 100 mL, previamente limpa,

desengordurada e seca.

2 PASSO: adicionar, cuidadosamente, a soluo de cloreto de sdio a 10%, deixando a mesma escorrer pelas paredes internas da proveta at completar o volume de 100 mL.

3 PASSO: tampar e inverter a proveta para completar a extrao do lcool para a fase aquosa (lcool na gua) pelo menos seis vezes, evitando a agitao enrgica. 4 PASSO: deixar repousar por quinze minutos ou at a separao completa das duas camadas.

5 PASSO: anotar o aumento da camada aquosa, em mililitros. A gasolina, de tom amarelado, ficar na parte de cima da proveta e a gua e o lcool, de tom transparente, na parte inferior, conforme Figura 5.4.1. O aumento em volume da camada aquosa (lcool e gua) ser multiplicado por 2 e adicionado mais 1, ou seja:

1 2A V += (1) onde: V = percentual em volume de AEAC na gasolina.

A = aumento da camada aquosa.

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Figura 5.4.1 Ilustrao do procedimento de determinao do % de lcool na gasolina

ATENO: O percentual obrigatrio de lcool na gasolina comum fixado pelo Conselho Interministerial do Acar e do lcool (CIMA) e pelo Ministrio da Agricultura, Pecuria e Abastecimento. De acordo com a Lei 10.203, de 22/02/2001, o percentual pode ser elevado at o limite de 25% ou reduzido a 20%

5.4.6. PROCEDIMENTO PARA O TESTE DA MASSA ESPECIFICA DA GASOLINA A 20 C

1 PASSO: colocar a amostra de gasolina em um becker

2 PASSO: conectar o tubo ao densmetro

3 PASSO: mergulhar o tubo plstico limpo e seco no becker, ligar o densmetro e realizar a medio, anotando a densidade e a temperatura.

4 PASSO: consultar a Tabela de Converso das Densidades da Gasolina. Esta tabela converte a densidade para 20 C.

5.4.7. PROCEDIMENTO PARA O TESTE NO LCOOL ETLICO HIDRATADO COMBUSTVEL (AEHC)

1 PASSO: colocar a amostra de lcool em um becker

2 PASSO: conectar o tubo ao densmetro

3 PASSO: mergulhar o tubo plstico limpo e seco no becker, ligar o densmetro e realizar a medio, anotando a densidade e a temperatura

4 PASSO: consultar a Tabela de Converso. Esta tabela fornece o teor alcolico e a massa especifica a 20 C.

Observao: se fosse utilizado o densmetro de massa especfica para derivados de petrelo (escala de 0,750 a 0,800 e de 0,700 a 0,750), colocar-se-ia a amostra em uma proveta de 1000 mL limpa e

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seca, imergiria lentamente o densmetro e efetuava a leitura aps o mesmo atingir o ponto de equilbrio. A temperatura seria determinada com o auxlio de um termmetro.

5.4.8. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS Associao Brasileira de Normas Tcnicas. Determinao da Massa Especfica e do Teor

Alcolico do lcool Etlico e suas Misturas com gua. Rio de Janeiro. ABNT, NBR 5992. Jul., 1966.

Portal SINCOPETRO. Manual de testes de combustveis. Disponvel em: http://www.sincopetro.org.br/conteudo.asp?xmenu=121 Acesso em: 20 de julho de 2009.

S Posto. Procedimentos para testes de qualidade de combustveis. Disponvel em: http://www.soposto.com.br/Arquivos/Catalogos/manualtestecombustivel.pdf Acesso em: 24 de janeiro de 2012.

45

5.5. EXPERINCIA DE REYNOLDS 5.5.1. OBJETIVOS

O experimento tem como objetivo visualizar os diferentes tipos de escoamento, laminar, transicional e turbulento, bem como determinar experimentalmente o nmero de Reynolds para um fluido lquido em tubo cheio e determinar seus valores limites.

Comparar o padro de escoamento observado experimentalmente com as previses da literatura.

5.5.2. FUNDAMENTAO TERICA O nmero de Reynolds relaciona foras de inrcia e foras de viscosidade, sendo parmetro

primrio na determinao do regime (laminar ou turbulento) de escoamentos internos, ou seja, em tubos, dutos, bocais, difusores, contraes e expanses repentinas, vlvulas e junes.

Um escoamento bem ordenado, onde camadas de fluido deslizando uma sobre as outras paralelamente considerado como um escoamento laminar. Um escoamento com flutuaes irregulares, onde as partculas percorrem trajetrias errticas que se entrecruzam formando uma srie de minsculos remoinhos, tido como um escoamento turbulento.

Osborne Reynolds realizou pela primeira vez essa experincia, publicada em 1883, demonstrando a existncia dos dois modos de escoamento e fixando o critrio que determina se o escoamento laminar ou turbulento.

A experincia consiste essencialmente em se fazer escoar, com vazo constante, um fluido lquido atravs de um tubo e injetar tinta no escoamento. A vazo controlada por uma vlvula na extremidade do tubo e quando a vlvula est ligeiramente aberta, a tinta escoa pelo tubo sem ser perturbada formando um filete e mostrando a natureza ordenada do escoamento.

medida que a vlvula aberta, atinge-se uma condio em que a tinta adquire um movimento oscilatrio proporo que caminha pelo tubo, ficando o filete completamente desfeito, mostrando um aumento na turbulncia.

Atravs de suas experincias, Reynolds verificou que o parmetro de escoamento que determina o tipo de escoamento o grupamento adimensional.

Dv..Re =

onde:

v = velocidade mdia do escoamento [vazo/rea] (m/s) = massa especfica do fluido (kg/m3) D = dimetro do tubo (m)

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= viscosidade dinmica do fluido (N.s/m2)

Reynolds observou que a transio do escoamento laminar para o turbulento ocorre entre 2000 < Re < 3000, embora com grande cuidado se possa manter o escoamento laminar, em um tubo, para Re at 100000. Escoamentos de interesse para a Engenharia possuem uma transio em torno de Re 2300 e abaixo deste pode existir apenas escoamento laminar; da em diante, ocorre a transio e turbulncia completa. Esse nmero de Reynolds (2300) , ento, denominado nmero de Reynolds Crtico (Rec).

importante observar que escoamentos laminares e turbulentos ocorrem em outras geometrias (exemplo: escoamento em torno de objetos) sendo que para esses casos outros nmeros de Reynolds podem ser definidos, e os valores dos Reynolds crticos sero diferentes de 2300.

importante o conhecimento do regime de escoamento, pois como veremos no decorrer do curso, as equaes que descrevem o escoamento so completamente diferentes para os dois tipos de escoamento.

A representao dos escoamentos ilustrada na Figura 5.5.1.

Figura 5.5.1 Perfil dos escoamentos

47

A quantidade de turbulncia influi diretamente no dimensionamento de tubulaes, sendo usado no clculo de perda de carga, no ngulo de curva dos tubos, na escolha do tipo de vlvulas e conexes e nas estimativas de rompimento e potncia de bombas. Medidores de escoamentos internos com reduo de seo tambm incorporam o nmero de Reynolds para aumentar a preciso.

Embora escoamentos internos de interesse para a Engenharia sejam turbulentos, o escoamento laminar pode ser importante em certas aplicaes, tais como lubrificao ou processos qumicos de escoamento.

Enquanto no escoamento laminar o desenvolvimento das equaes baseado em mtodos matemticos exatos (tais como solues analticas de equaes diferenciais), para o caso do regime turbulento se faz uso, normalmente, de mtodos empricos (tal como a anlise dimensional acoplada a dados experimentais), por ser um escoamento de difcil descrio matemtica (pela sua natureza aleatria).

5.5.3. MATERIAIS E MTODOS O esquema da aparelhagem est ilustrado na Figura 5.5.2.

Antes de iniciar o experimento, realizar a medio do dimetro da tubulao com o auxlio de um paqumetro e considerar que a espessura da parede do tubo de 1 mm.

Para a realizao deste experimento, deve-se colocar o mdulo em operao atentando para a seguinte seqncia:

1. Encher o tanque reservatrio de gua;

2. Quando o nvel de gua no tanque estiver constante, abrir a vlvula de alimentao do corante;

3. Abrir, lentamente, a vlvula de controle de fluxo do tubo cilndrico;

4. Medir a temperatura do fluido;

5. Quando o corante apresentar escoamento constante, medir a vazo do fluido na sada do tubo cilndrico, pelo mtodo volume/tempo, com o auxlio de Becker, proveta e cronmetro. Repetir ao menos mais uma vez e encontrar um valor

mdio.

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Figura 5.5.2 - Mdulos de Reynolds.

Este procedimento deve ser repetido para vazes crescentes, pela abertura cuidadosa da vlvula de controle de fluxo, tomando-se o cuidado de observar a transio do regime laminar para o turbulento atravs do escoamento do corante, preenchendo os dados da Tabela 5.5.1.

Com as medidas experimentais de volume, tempo e dimetro interno do tubo, calcula-se a velocidade mdia do fluido e posteriormente o nmero de Reynolds.

Tabela 5.5.1 - Determinaes experimentais de escoamento da gua em mdulo de Reynolds.

Dimetro do tubo (mm) Tempo (s) Volume (mL) Vazo (m

3/s) Reynolds

5.5.4. RELATRIO Apresentar os resultados em forma de tabela ou grfico e compar-los com a literatura.

Obter as propriedades necessrias na literatura (massa especfica e viscosidade da gua), na temperatura do experimento.

Concluir os resultados obtidos e a importncia do experimento.

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5.5.5. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS BENETT, C. O.; MYERS, J. E.; Fenmenos de Transporte Quantidade de Movimento,

Calor e Massa. So Paulo: Editora Mc Graw-Hill do Barsil, 1978, 811 p.

BRUNETTI, FRANCO, Mecnica dos Fluidos. 2 edio, So Paulo: Editora Pearson Prentice Hall, 2008.

FOX, R.W.; MCDONALD, A. T.; PRITCHARD, P. J. Introduo mecnica dos Fluidos. 6 edio, Rio de Janeiro: Editora LTC, 2004, 816 p.

GOMIDE, R., Fluidos na Indstria Operaes Unitrias (Vol. II), 1993. SISSON, L. E.; PITTS, D. R.; Fenmenos de Transporte, 1 edio. Rio de Janeiro: Editora

Guanabara Dois, 1979, 758 p.

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5.6. BALANO DE MASSA 5.6. 1. OBJETIVOS

Permitir ao aluno reconhecer um processo em batelada, escrever o seu balano de material e sua correlao com o princpio de conservao de massa.

5.6.2. FUNDAMENTAO TERICA A natureza impe certas restries s transformaes qumicas e fsicas de matria, que

precisam ser levadas em conta quando projetamos um novo processo ou analisamos um j existente. Uma dessas restries o princpio da conservao da massa ou Princpio de Lavosier, segundo o qual nada pode ser criado ou destrudo, apenas transformado (a menos das reaes nucleares).

Para relacionar as quantidades de matria envolvidas em um dado processo, o engenheiro realiza um balancete ou uma contabilidade das massas totais e de cada componente, tendo em mente o princpio da conservao da massa. Esta tcnica chamada de balano de massa ou de material.

A preparao de uma vitamina em um liquidificador um exemplo de processo em batelada, onde a alimentao introduzida no sistema de uma s vez, no incio do processo, e todos os produtos so retirados algum tempo depois. Tambm, nenhuma massa atravessa a fronteira do sistema no intervalo de tempo decorrido entre a alimentao e a remoo dos produtos. So comumente utilizados quando quantidades relativamente pequenas de um produto necessitam ser produzidas.

Num processo contnuo, a alimentao e os produtos fluem continuamente enquanto dura o processo, havendo contnua passagem de matria atravs das fronteiras do sistema. Um exemplo deste tipo de processo o bombeamento de uma mistura de lquidos a uma vazo constante, num tanque, e retirada dos produtos na mesma vazo constante. Industrialmente, esse o caso do evaporador de suco de laranja. Em processos semi-contnuos, a entrada de material praticamente instantnea e a sada contnua, ou vice-versa, havendo a passagem contnua de matria atravs de uma nica fronteira (entrada ou sada) do processo. Como exemplo, citam-se:

a) adio contnua de lquidos em um tanque misturador, do qual nada retirado. b) escape de gs de um bujo pressurizado. c) tanque de combustvel. Um balano (ou contabilidade) de massa de um sistema (uma nica unidade, vrias unidades

ou o sistema como um todo) pode ser escrito na seguinte forma geral:

SAI = ENTRA + GERADO - CONSUMIDO - ACUMULADO

(atravs da fronteira) (atravs da fronteira) (dentro do sistema) (dentro do sistema) (dentro do sistema)

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Os clculos de balano de material podem ser realizados em qualquer base conveniente de quantidade de matria ou de fluxo de matria e, posteriormente, alterados para uma escala desejada.

O primeiro passo no procedimento de um balano escolher uma quantidade (mssica ou molar) ou vazo (mssica ou molar) de uma corrente ou de um componente de uma corrente como uma base de clculo. Todas as variveis desconhecidas de uma corrente sero, ento, determinadas relativas a base escolhida.

Se uma quantidade ou vazo fornecida, mais conveniente utiliz-lo como base de clculo; todos os clculos subseqentes fornecero automaticamente os valores corretos para o processo. Se nenhuma quantidade ou vazo conhecida, deve-se assumir uma. Neste caso, escolhe-se uma quantidade de uma corrente com composio conhecida. Se a frao fornecida for molar, escolhe-se uma quantidade (ou vazo) molar, via de regra 100 moles, caso contrrio escolhe-se uma quantidade mssica. Tambm nesse caso o nmero mais indicado 100 (100 kg; 100g, 100 lbm, etc.).

Sorvetes so alimentos enquadrados na categoria de gelados comestveis. So produtos alimentcios obtidos a partir de uma emulso de gorduras e protenas, com ou sem adio de outros ingredientes e substncias que tenham sido submetidas ao congelamento, em condies que garantam a conservao do produto no estado congelado ou parcialmente congelado durante a armazenagem, o transporte e a entrega ao consumo (ANVISA, 2009).

A elaborao de sorvete inicia com a mistura de ingredientes, previamente pesados e dosados, de acordo com uma formulao. A posterior homogeneizao dessa mistura, aliada pasteurizao, traz vrios efeitos benficos na qualidade do produto final: destruio de microorganismos patognicos, distribuio uniforme dos glbulos de gordura, cor mais brilhante e atraente, maior resistncia oxidao, aumento da viscosidade e facilidade de batimento e aerao. Em seguida, a calda formada sofre um resfriamento rpido, seguido de um perodo de maturao sob refrigerao. O batimento aliado ao congelamento uma das etapas que mais influem na qualidade do sorvete final. Quanto menor for a temperatura de congelamento, maior proporo de gua se congelar, com maior nmero de pequenos cristais. O ar incorporado durante o batimento, comumente chamado overrun, torna o sorvete leve, macio e saboroso (RODRIGUES et al., 2006)

Segundo a portaria 379, de 26/04/99, da ANVISA, a densidade aparente do sorvete (massa padro pote de 2 L) definida como a medida do ar incorporado ao sorvete (overrun) mediante batimento). O valor mnimo para a densidade aparente de 475 g/L de sorvete.

A densidade do leite uma relao entre seu peso e volume e normalmente medida a 15C ou corrigida para esta temperatura. Em mdia, a densidade 1,032 g/mL, podendo variar de 1,023 a

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1,040 g/mL. A densidade da gordura do leite aproximadamente 0,927 e a do leite desnatado , aproximadamente, 1,035 g/mL.

De acordo com a ANVISA, chocolate o produto preparado com cacau obtido por processo tecnolgico adequado e acar, podendo conter outras substncias alimentcias aprovadas. O achocolatado em p uma mistura de ingredientes na forma de ps, que aps passar por processamento adequado, resulta em um produto ideal para saborizar e enriquecer o leite, alm de incrementar outros pratos e bebidas preparados em casa. Sua composio confere aos alimentos um excelente sabor e cor tpicas do chocolate, alm de fornecer vitaminas essenciais ao desenvolvimento humano. Todo fabricante tem, para cada um de seus produtos, uma formulao prpria, onde a proporo dos ingredientes varia conforme o produto final.

De acordo com o Instituto de Tecnologia do Paran (TECPAR), a densidade especfica aparente do cacau em p (cocoa, cocoa powder ou chocolate powder foram as palavras-chave usadas na busca) est entre 0,55 e 0,56 dependendo da umidade e da granulometria do alimento (geralmente 200 mesh).

5.6.3. MATERIAIS

liquidificador

balana semi-analtica

colher

becker e proveta

copo plstico

chocolate, leite e sorvete

5.6.4. PROCEDIMENTO

sero 2 os experimentos realizados. Um com sorvete de creme, leite e chocolate em p e outro com sorvete de chocolate e leite.

quantificar e anotar os materiais utilizados no preparo do milk shake, atravs de pesagem em balana;

pesar e anotar o copo do liquidificador limpo e seco;

adicionar ao liquidificador os materiais necessrios;

bater a mistura e, em seguida, pesar o copo do liquidificador;

aproveitar e degustar o experimento.

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5.6.5. EXIGNCIAS PARA O RELATRIO elaborar o fluxograma dos 2 experimentos

comparar os valores experimentais com a lei de conservao de massa, avaliando se h perdas no processo.

5.6.6. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ANVISA - AGNCIA NACIONAL DE VIGILNCIA SANITRIA. Portaria n 379, de 26

de abril de 1999. Disponvel em: www.anvisa.gov.br. Acesso em: 08 de abril de 2009.

FELDER, R. M., ROUSSEAU, R.W., Princpios Elementares dos Processos Qumicos, 3a edio, Rio de Janeiro: Editora LTC, 2005.

RODRIGUES, A.P.; FONTANA, C. V.; PADILHA, E.; SILVESTRIN, M.; MARQUEZAN AUGUSTO, M. M. Elaborao de sorvete sabor chocolate com teor de gordura reduzido utilizando soro de leite em p, Rio Grande: Vetor, 2006. 16(1/2): 55-62.

54

5.7. DETERMINAO DA PERDA DE CARGA EM TUBULAES 5.7.1. OBJETIVOS

O experimento tem como objetivo estudar a perda de carga em uma tubulao contendo singularidades, em dois sistema simples, um fixo e outro mvel, a partir de medidas manomtricas.

5.7.2. FUNDAMENTAO TERICA O transporte de fluidos tem aplicao em inmeras atividades e, por isso, o estudo de seus fenmenos de grande interesse. Muitas vezes o aluno de Engenharia Qumica fica confuso em meio a tantos conceitos distintos, por isso aliar a teoria relacionada a esses fenmenos prtica pode vir a ser uma soluo vitoriosa.

No escoamento de um fluido real atravs de um duto so considerados vrios fatores que levam perda de energia mecnica: o atrito na parede do tubo, sua viscosidade e as variaes no dimetro do duto, velocidade e presso do fluido. Parte da energia potencial do fluido transformada em outros tipos de energia, como o calor, e a esta diferena se d o nome de perda de carga (MILIAVACA et al., 2004).

A obteno da perda de carga em uma linha contendo singularidades ser obtida a partir de medidas manomtricas em um sistema simples.

Singularidades so elementos de uma tubulao que tm finalidades especficas, tais como mudar a direo do escoamento, medir ou, ainda, alterar a velocidade do fluido. So exemplos desses elementos as vlvulas, os joelhos, as curvas longas, as redues, os medidores de vazo, entre outros. Tais elementos apresentam uma perda de carga localizada, discrepante com relao aos trechos de tubos retos adjacentes.

Para relacionar os diversos tipos de energia envolvidos num sistema onde h escoamento, admitindo regime permanente, necessrio explicitar diversas hipteses, tais como:

1. as propriedades do fluido em qualquer ponto do sistema, assim como a velocidade, so grandezas invariantes com o tempo

2. as vazes ponderais das correntes afluentes e efluentes so constantes

3. as taxas de adio de calor e de produo de trabalho so constantes

O balano de todas as energias no sistema de escoamento, de acordo com o princpio de conservao da energia, pode ser escrito como:

[energia interna + energia cintica + energia potencial + energia de transporte do fluido + calor] entrada = [energia interna + energia cintica + energia potencial + energia de transporte fluido + trabalho] sada

' W w V P wgg

z w g 2

vwE w Q' w V P w

gg

z w g 2

vwE w f22

c

2c

22

211c

1c

21

1 +++

+=+++

+ (1)

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O somatrio dos termos no lado esquerdo da Equao representa a energia transferida para o sistema e os termos que esto no lado direito significam a energia transferida do sistema para as vizinhanas, onde:

E = energia interna, propriedade intrnseca do fluido

zg/gc = energia potencial devido posio do fluido em relao ao plano horizontal de referncia

v2/(2 gc ) = energia cintica devido ao movimento do fluido P V = energia de volume transportada pelo fluido em conseqncia de ser introduzido no sistema

Q = calor absorvido pelo material escoante sobre as vizinhanas Wf = trabalho realizado pelo material escoante sobre as vizinhanas

w = vazo ponderal

Para qualquer fluido real, o trabalho realizado contra o atrito do fluido provocar dissipao de energia mecnica, a qual aparece na forma degradada de calor, podendo ser absorvida pelo prprio fluido. Por isso, nem todo o trabalho efetuado pelo fluido transferido para as vizinhanas. A energia perdida em virtude do atrito, F, aparece no fluido sob a forma de calor, de modo que o calor total absorvido pelo fluido :

+= F Q'Q (2)

onde: Q = calor absorvido pelo fluido F = atrito total no fluido

Assim, exprimindo a Equao 1 na forma de diferenas finitas e se levando em considerao o atrito do fluido, tem-se que:

( ) ' W Q V P gg

z g 2

vE fcc

2

+=++

+ F (3)

Pela 1 lei da termodinmica, temos:

WQ E = (4) onde: W definido por:

= dV P W (5)

A Equao 3 pode ser dada por:

56

' W dV Pgg

z g 2

vf

cc

2

=+++

F (6)

Admitindo que num escoamento:

as propriedades do fluido assim como a velocidade so grandezas invariantes;

as vazes ponderais so constantes (afluentes e efluentes); as taxas de adio de calor e de produo de trabalho so constantes;

que o trecho em estudo depois da bomba;

a energia potencial desprezvel, pois a distncia entre os pontos mnina.

a Equao 6 toma a forma:

0 g 2

v

c

2

=+

+

FP

(7)

permitindo o clculo da perda de carga terica do sistema.

A energia do atrito ou perda de carga (F) classificada em perda de carga contnua (FA) e perda de carga localizada (FL), sendo a primeira considerada ao longo da tubulao (distribuda) e a outra, devido presena de acessrios (ou singularidades) em pontos particulares da tubulao.

+= LA FFF (8)

A perda de carga contnua a perda de carga por atrito ao longo da tubulao. Admite-se que a mesma seja uniforme em qualquer trecho de uma tubulao de dimenses constantes. Esta perda de carga varia com a velocidade mdia de escoamento, com o dimetro, comprimento e rugosidade do tubo, com a densidade e viscosidade do fluido, e tambm depende das condies de escoamento (regime laminar ou turbulento). A anlise dimensional indica uma relao conhecida como Frmula Universal de Perda de Carga, para condutos de seo circular apresenta-se como:

DgLfF

c

A 2v

2

= (9)

onde:

f = fator de atrito; v = velocidade mdia de escoamento; L = comprimento reto da tubulao; gc = acelerao da gravidade; D = dimetro do tubo.

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A perda de carga localizada FL (ou singulares), so as perdas causadas por componentes adicionais no trecho reto (vlvulas, cotovelos e outros). Normalmente so determinadas experimentalmente e, para a maioria dos componentes, so fornecidas na forma adimensional. A perda de carga correspondente calculada pela expresso:

c

L gKF

2v

2

= (10)

onde, K obtido experimentalmente.

Assim, a perda de carga total, correspondente aos dois tipos de perdas (contnua e localizada) que podem ocorrer durante o escoamento de um fluido, pode ser calculada pela seguinte expresso:

DgLf

Fc2

v 2 = (11)

onde += eqLLL , sendo L o comprimento da seo reta e Leq o somatrio de todos os

acessrios presentes na tubulao. Tais valores podem ser calculados com o auxlio da tabela contida no Apndice C do livro de FOUST.

5.7.3. METODOLOGIA

A Figura 5.7.1 mostra um desenho esquemtico do dispositivo experimental fixo. O sistema bastante simples e consta, basicamente, de tubulaes em PVC contendo algumas singularidades, tais como redues, joelhos, curvas longas e vlvulas.

O mtodo experimental consiste em alimentar o sistema com gua, cuja vazo controlada por um jogo de vlvulas e medida em um hidrmetro instalado na linha. Fixada uma vazo, anotar a leitura nos manmetros tubo em U e Bourdon, bem como o valor da vazo correspondente. Este procedimento deve ser repetido para cinco vazes. O Quadro 5.7.1 fornece os dimetros internos dos tubos, bem como o comprimento total das partes retas dos tubos.

Quadro 5.7.1 Dimetros internos e comprimentos dos tubos retos. Tubo Dimetro interno (cm) Comprimento total dos trechos retos (cm)

1 2,7 206

2,0 152,5

1,6 312

58

Figura 5.7.1 - Sistema experimental fixo para clculo de perda de carga.

O procedimento para a determinao da perda de carga semelhante ao realizado para as medies de presso e vazo, cujos dados experimentais a serem obtidos devem preencher a Tabela 5.7.1.

Tabela 5.7.1 Determinaes experimentais para o clculo da perda de carga em uma tubulao com singularidades.

H mercrio (mm)

Tempo

(s) Leitura do

Hidrmetro (L) Volume

(L) Vazo (m3/s)

Hidrmetro Volumtrica

O sistema mvel de determinao da perda de carga ilustrado na Figura 6.7.2. Um dos seus diferenciais a leitura pelo manmetro, visto que um sistema menor permite a leitura pontual, e rotmetro. Os passos so apresentados a seguir: