Operações Unitárias para Químicos, Farmacêuticos e Engenheiros

Autor(es): TERRON, L.R.
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Operações Unitárias para Químicos, Farmacêuticos e Engenheiros – Fundamentos e Operações Unitárias do Escoamento de Fluidos é uma ferramenta de grande utilidade para a formação dos profissionais que irão exercer suas atividades em indústrias químicas. Oferece aos estudantes universitários um sólido embasamento em Operações Unitárias para os cursos de Química, Farmácia e vários ramos das Engenharias (Alimentos, Petróleo, Metalúrgica, Mecânica, Produção, Química, entre outros).
Elaborada a partir da experiência de vários anos de docência e pesquisa, a obra está dividida em três partes, englobando dez capítulos e cinco apêndices com material de apoio para as partes anteriores, além de sugestões de leituras complementares ao final de cada capítulo. É fartamente ilustrado, contendo gráficos, desenhos e uma grande quantidade de dados tabelados, que auxiliam a compreensão da matéria e são muito úteis em atividades didáticas ou profissionais.

11 capítulos

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PARTE I - CAPÍTULO 1 - Introdução

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3

CAPÍTULO 

1

Introdução

Chemical engineering is both an art and a science1

(McCabe et al., Chapter 1, 2004).

 1.1 

 1.2 

 1.3 

 1.4 

 1.5 

 1.6 

 1.7 

 1.8 

 1.9 

1.10 

1.11 

O que São as Operações Unitárias?

Operações Unitárias e Modelos Matemáticos

Matérias e Modelos da Engenharia Química

Classificação das Operações Unitárias

Leis Básicas das Operações Unitárias

U

� nidades, Análise Dimensional,

Equações Empíricas, Modelos e

Projeto de Experimentos

Fluxogramas e Outros Documentos

B

� ibliografia Recomendada para

Aprofundamento dos Estudos

Questões

Nomenclatura

Bibliografia

A engenharia química é tanto arte quanto ciência. (Tradução do autor.)

1

3

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4

Capítulo 1

1.1 O QUE SÃO AS OPERAÇÕES UNITÁRIAS?

Para que seja possível o entendimento do que sejam as operações unitárias da indústria química, vamos observar, primeiramente, o que os dicionários (Buarque de Holanda Ferreira, 2004; Houaiss, 2002) nos informam sobre essas palavras — serão considerados somente os significados de nosso interesse. Em ambas as fontes, os significados são muito semelhantes: operar [Do lat. tard operare] V.t.d. 1. Fazer realizar (alguma coisa) em resultado de trabalho… 2. Produzir, realizar (qualquer efeito)…

 

PARTE I - CAPÍTULO 2 - Propriedades das Substâncias

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CAPÍTULO 

2

Propriedades das

Substâncias

The structural engineer cannot design a bridge without knowing the properties of steel and concrete. Similarly, scientists and engineers often require the properties of gases and liquids. The chemical or process engineer, in particular, finds knowledge of physical properties of fluids essential to the design of many kinds of products, processes, and industrial equipment. Even the theoretical physicist must occasionally compare theory with measured properties1

(Poling et al., Introduction, 2001).

2.1  I� mportância das Propriedades das Substâncias

2.2  C

� omo Obter Dados de Propriedades das Substâncias

2.3  F

� ontes de Informações Impressas de

Dados de Propriedades das Substâncias

2.4  D

� ados de Propriedades das Substâncias

– Fontes de Informações na Internet

2.5  Estimativa de Propriedades

2.6  P

� ropriedades Necessárias para o

Estudo das Operações Unitárias

 

PARTE I - CAPÍTULO 3 - Fundamentos de Termodinâmica Química

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3

CAPÍTULO 

Fundamentos de

Termodinâmica Química

“Thermodynamics is a funny subject. The first time you go through it, you don’t understand it at all. The second time you go through it, you think you understand it, except for one or two small points. The third time you go through it, you know you don’t understand it, but by that time you are so used to it, it doesn’t bother you anymore.” Arnold Sommerfeld, when asked why he had never written a book on the subject (c. 1950)

(Angrist e Helper, 1967, p. 215)1.

 3.1  �Introdução

 3.2  L

� eis e Equações Fundamentais da Termodinâmica

 3.3  �Propriedades Volumétricas de Gases e Líquidos

 3.4  P

� ropriedades Energéticas ou Calóricas

 3.5  P

� ropriedades de Equilíbrio de Substâncias Puras

 3.6  P

� ropriedades de Equilíbrio de

Misturas: Equilíbrio Líquido-Vapor

 3.7  �Bibliografia Recomendada e Questões Auxiliares para

Aprofundamento dos Estudos

 

PARTE II - CAPÍTULO 4 - Conceitos Básicos de Escoamento de Fluidos

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CAPÍTULO 

4

Conceitos Básicos de

Escoamento de Fluidos

Definition of flow: To move with a continual change of place among the particles or parts, as a fluid; to change place or circulate, as a liquid; as rivers flow from springs and lakes; tears flow from the eyes

(Disponível em: . Acesso em: mar./2011).1

 4.1  �Introdução

 4.2  C

� lassificação dos Materiais e

Propriedades dos Fluidos

 4.3  I� nformações Adicionais sobre

Propriedades dos Fluidos

 4.4  T

� ipos de Escoamento

 4.5  R

� egimes de Escoamento

 4.6  P

� erfil de Velocidade, Velocidade Média,

Definições de Fluxos e Camada-limite

 4.7  E

� quações de Balanço ou de Conservação

 4.8  F

� luidodinâmica Computacional (CFD)

 4.9  B

� ibliografia Recomendada para

Aprofundamento dos Estudos

4.10  �Nomenclatura

4.11  �Bibliografia

 

PARTE II - CAPÍTULO 5 - Escoamento de Fluidos em Tubulações

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CAPÍTULO 

5

Escoamento de

Fluidos em Tubulações

There is air around us, and there are rivers and seas near us. The flow of a river never ceases to go past, nevertheless it is not the same water as before1

(Nakayama, 1999, Prefácio).

 5.1  �O que Será Estudado neste

Capítulo (E o que Não Vai Ser)

 5.2  O

� Problema do Escoamento de

Fluidos no Interior de Tubos

 5.3  D

� ados e Padronização dos Tubos

 5.4  M

� eios de Ligações dos Tubos

 5.5  A

� cessórios de Tubulações

� nálise Dimensional do Escoamento de

 5.6  A

Fluidos em Tubos Retos Circulares

� erda de Carga em Tubos Retos Circulares

 5.7  P

Horizontais e em Acessórios de Tubulações

� elocidade de Escoamento e Perdas de

 5.8  V

Carga Recomendadas para Tubulações

� rojeto de Tubulações

 5.9  P

5.10  C

� álculo do Diâmetro Ótimo (ou

Econômico) de Tubulações: Projeto

 

PARTE II - CAPÍTULO 6 - Bombas Hidráulicas

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CAPÍTULO 

6

Bombas Hidráulicas

Only the sail can contend with the pump for the title of the earliest invention for the conversion of natural energy to useful work, and it is doubtful that the sail takes precedence. Because the sail cannot, in any event, be classified as a machine, the pump stands essentially unchallenged as the earliest form of machine for substituting natural energy for human physical effort1

(Krutzch e Cooper, 2001).

 6.1 

 6.2 

 6.3 

 6.4 

 6.5 

 6.6 

 6.7 

 6.8 

 6.9 

6.10 

6.11 

�Generalidades

�Bombas Centrífugas

B

� ombas de Deslocamento Positivo

P

� arâmetros Primários dos

Sistemas de Bombeamento

I� nformações que Podem Ser Obtidas em Literatura de Fabricantes

C

� urva Característica do Sistema e Ponto de Operação

A

� ssociação de Bombas

S� eleção de Bombas

B

� ibliografia Recomendada para

 

PARTE II - CAPÍTULO 7 - Medidores de Vazão

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CAPÍTULO 

7

Medidores de Vazão

Over 4,000 years ago, the Romans measured water flow from their aqueducts to each household to control allocation. The early Chinese measured salt water to control flow to brine pots to produce salt used as a seasoning.

In each case, control over the process was the prime reason for measurement… Flow measurement has probably existed in some form since man started handling fluids

(Upp e LaNasa, 2002, Chap. 1, item 3).1

 7.1 

 7.2 

 7.3 

 7.4 

 7.5 

 7.6 

 7.7 

Introdução

Medidor de Tubo Venturi

Medidor de Orifício

Tubo Pitot

Adendo: Medição da Pressão

Medidores de Área — Rotâmetros

B

� ibliografia Recomendada para

Aprofundamento dos Estudos

 7.8  Nomenclatura

 7.9  Bibliografia

Há mais de 4.000 anos, os romanos mediam o fluxo de água de seus aquedutos que ia para os lares de modo a controlar a alocação do líquido. Na China antiga, a quantidade de água salgada era medida para controlar o fluxo que ia para potes de salmoura, usada como tempero. Em cada caso, o controle sobre o processo foi a principal razão para a medição [da vazão].... A medição de vazão provavelmente existe, de alguma forma, desde que o homem começou a manipular fluidos. (Tradução do autor.)

 

PARTE II - CAPÍTULO 8 - Escoamento de Fluidos ao Redor de Corpos Submersos

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CAPÍTULO 

8

Escoamento de Fluidos ao Redor de

Corpos Submersos

A segunda coisa mais deliciosa era que Wart não tinha peso. Já não estava mais ligado à Terra e não tinha que caminhar pesadamente por uma superfície plana, comprimido pela gravidade e pelo peso da atmosfera. Podia fazer o que o homem sempre quis fazer, isto é, voar. Praticamente não existe diferença entre voar na água e voar no ar. O melhor de tudo é que ele não tinha que voar numa máquina, puxando alavancas e ficando sentado, mas podia fazê-lo com o próprio corpo. Era como os sonhos que as pessoas têm.

(White, T. H. A espada na pedra. Tradução de Maria José Silveira. São Paulo: W11 Editores, 2004.)1

  8.1  I� ntrodução

 8.2  C

� aracterísticas e Propriedades de

Partículas e Corpos Sólidos

 8.3  �Escoamento de Fluidos ao Redor de uma Partícula Isolada

 8.4  �Escoamento de Fluidos ao Redor de Conjuntos de Partículas

 8.5  �Escoamento de Fluidos Através de Banco de Tubos

 

PARTE II - CAPÍTULO 9 - Escoamento de Fluidos na Agitação de Líquidos

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CAPÍTULO 

9

Escoamento de Fluidos na Agitação de Líquidos

For most of us, not a single day will pass without involving us in some kind of mixing, be it stirring a cup of coffee in the morning or mixing drinks in the evening 1

(Ulbrecht e Patterson, 1985, prefácio).

 9.1  �Introdução

 9.2  E

� quipamentos para Agitação de Líquidos

 9.3  A

� spectos Fluidodinâmicos da

Agitação de Líquidos

 9.4  P

� otência Dissipada no Meio Agitado

 9.5  U

� so da Energia Necessária para a Movimentação do Fluido na Escolha de Motores

 9.6  B

� ibliografia Recomendada para

Aprofundamento dos Estudos

 9.7  Nomenclatura

 9.8  Bibliografia

Para a maior parte de nós, não passa um único dia sem que estejamos envolvidos com algum tipo de mistura, seja agitando uma xícara de café de manhã ou preparando drinques no anoitecer. (Tradução do autor.)

1

369

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PARTE II - CAPÍTULO 10 - Exercícios sobre Operações Unitárias: Fundamentos e Operações Unitárias do Escoamento de Fluidos

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CAPÍTULO 

10

Exercícios sobre

Operações Unitárias:

Fundamentos e

Operações Unitárias do

Escoamento de Fluidos

Never try to solve all the problems at once – make them line up for you one-by-one.1

Richard Sloma

10.1  E

� xercícios sobre Introdução

às Operações Unitárias

10.2  E

� xercícios sobre Propriedades das Substâncias

10.3  E

� xercícios sobre Fundamentos de Termodinâmica Química

10.4  E

� xercícios sobre Conceitos Básicos de Escoamento de Fluidos

10.5  E

� xercícios sobre Escoamento de Fluidos em Tubulações

10.6  E

� xercícios sobre Bombas Hidráulicas

10.7  E

� xercícios sobre Medidores de Vazão

10.8  E

� xercícios sobre Escoamento de

Fluidos em Tanques Agitados

10.9  �Exercícios Propostos

Nunca tente resolver todos os problemas de uma só vez – coloque-os em uma fila na sua frente e [resolva-os] um por um. (Tradução do autor.)

 

PARTE III - APÊNDICES

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PARTE 

III

apêndices

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apêndice 

a

Tabela A.1  U

� nidades Básicas do SI

Tabela A.2  F

� atores para Conversão de Unidades

Tabela A.3  T

� abela de Conversão de

Unidades de Energia

Tabela A.4  T

� abela de Conversão para

Calor Específico

Tabela A.5  V

� alores da Constante

Universal dos Gases, R

Tabela A.6  �Números Adimensionais,

Definição e Interpretação

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510 Apêndice A

Tabela A.1 Unidades básicas do SI

Unidade de

Nome

Símbolo

comprimento

metro

m

massa

quilograma

kg

tempo

segundo

s

corrente elétrica

ampère

A

temperatura termodinâmica

kelvin

K

substância particulada

 

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