268 capítulos
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Capítulo 6 Espectroscopia de Ressonância Magnética Multinuclear

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Os três capítulos anteriores mostraram que os experimentos de ressonância magnética nuclear com os núcleos de 1H e 13C são muito úteis para os químicos que trabalham com compostos orgânicos. Não há necessidade, entretanto, de nos limitarmos a esses dois núcleos importantes. Existem cerca de 130 núcleos diferentes cujo número de spin, I, é maior do que zero e que, por conseguinte, são, em princípio, observáveis em um experimento de RMN. Desses núcleos, 33 têm número quântico de spin igual a (I = ).

O Apêndice A lista todos os núcleos magneticamente ativos com algumas de suas propriedades. Vale a pena explorar um pouco o Apêndice A e comparar alguns dos núcleos listados com 1H e 13C (que foram também incluídos). Em primeiro lugar, pode-se notar que muitos elementos têm mais de um isótopo magneticamente ativo. Uma pequena parte do Apêndice A foi reproduzida na Tabela 6.1, com a adição de faixas de deslocamento. Em geral, a faixa de deslocamentos químicos observada para os vários elementos aumenta da esquerda para a direita e do alto para baixo na tabela periódica. (Embora uma discussão detalhada esteja além do escopo deste texto, o fator mais importante para a determinação das faixas típicas de deslocamentos químicos é a contribuição paramagnética para a blindagem magnética, que, por sua vez, depende do inverso do cubo da distância média elétron-núcleo.) Compare, por exemplo, as faixas para 1H (~10 ppm), 13C (~220 ppm) e 195Pt (acima de 10.000 ppm).

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Capítulo 8 Efeitos Físicos Aplicados em Sensores

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Este capítulo, diferentemente dos demais deste volume, apresenta os efeitos naturais específicos de certos materiais e/ou fenômenos. Isto se faz necessário porque os transdutores e sensores de grandezas físicas têm, em geral, muitos princípios em comum. Por exemplo, o efeito capacitivo pode ser utilizado na medição de deslocamento, pressão e nível, entre outras grandezas físicas. De modo geral, os efeitos utilizados em sensores surgem de pesquisas de propriedades de materiais, sendo esta uma área abrangente e de grande interesse nos dias atuais. O surgimento de técnicas para o desenvolvimento de novos materiais com características específicas, juntamente com o avanço da eletrônica e da microeletrônica, possibilitou a miniaturização e a otimização de propriedades que culminaram em sensores precisos, robustos e de dimensões reduzidas. Nesta obra serão apresentados de forma sucinta alguns dos principais efeitos sensores, bem como as bases físicas dos mesmos. As aplicações desses efeitos sensores podem ser encontradas especificamente nos demais capítulos desta obra, quando forem pertinentes. Para mais detalhes, sugerimos a pesquisa nas referências específicas.

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Capítulo 13 Medição de Nível

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Pode-se definir nível como a altura de preenchimento de um líquido ou de algum tipo de material em um reservatório ou recipiente. A medição normalmente é realizada do fundo do recipiente em direção à superfície ou a um ponto de referência do material a ser medido.

A aplicação de medidas de nível é necessária em muitos processos, podendo ser citadas a medição de nível de grãos em silos, em reservatórios de combustíveis, em reservatórios de água, o nível de lagos e oceanos, entre tantos outros.

A variedade de métodos nesse tipo de medição também é grande. Nos dias atuais, existem medidores que empregam técnicas, como flutuadores, medição de pressão por ultrassom, por pressão diferencial, entre outros. Outro fator comum, devido principalmente à introdução de processadores eletrônicos na instrumentação, é a integração de medidas de nível a outras tarefas do processo, tais como transmissão, controle, filtros, além da possibilidade de procedimentos remotos, como calibração e interação com outras partes do processo.

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Apêndice

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FIGURA A.1
Centroides e momentos de inércia de áreas planares.

Fórmulas de volumes e áreas:

TABELA A.1 Tabelas de Escoamento Compressível para um Gás Ideal com k = 1,4

M ou M1 = número local ou número de Mach a montante de uma onda de choque normal; p/pt = razão entre a pressão estática e a pressão total; ρ/ρt = razão entre a densidade estática e a densidade total; T/Tt = razão entre a temperatura estática e a temperatura total; A/A* = razão entre a área de seção transversal local de um tubo de corrente isentrópica e a área de seção transversal no ponto em que M = 1; M2 = número de Mach a jusante de uma onda de choque normal; p2/p1 = razão entre pressões estáticas através de uma onda de choque normal; T2/T1 = razão entre temperaturas através de uma onda de choque normal; = razão entre pressões totais através de uma onda de choque normal.

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11 Disjuntores de Alta-tensão

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Os disjuntores são equipamentos destinados à interrupção e ao restabelecimento das correntes elétricas num determinado ponto do circuito.

Os disjuntores sempre devem ser instalados acompanhados da aplicação dos relés respectivos, que são os elementos responsáveis pela detecção das correntes, tensões, frequência, etc. do circuito que, após analisadas por sensores previamente ajustados, podem enviar ou não a ordem de comando para a sua abertura. Um disjuntor instalado sem os relés correspondentes transforma-se apenas numa excelente chave de manobra, sem nenhuma característica de proteção.

A função principal de um disjuntor é interromper as correntes de defeito de um determinado circuito durante o menor espaço de tempo possível. Porém, os disjuntores são também solicitados a interromper correntes de circuitos operando a plena carga e a vazio, e a energizar os mesmos circuitos em condições de operação normal ou em falta.

O disjuntor é um equipamento cujo funcionamento apresenta aspectos bastante singulares. Opera, continuamente, sob tensão e corrente de carga muitas vezes em ambientes muito severos no que diz respeito à temperatura, à umidade, à poeira etc. Em geral, após longo tempo nessas condições, às vezes até anos, é solicitado a operar por conta de um defeito no sistema. Nesse instante, todo o seu mecanismo, inerte até então, deve operar com todas as suas funções, realizando tarefas tecnicamente difíceis, em questão de décimos de segundo.

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6 Transformador de Potencial

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Os transformadores de potencial são equipamentos que permitem aos instrumentos de medição e proteção funcionarem adequadamente sem que seja necessário possuir tensão de isolamento de acordo com a da rede à qual estão ligados.

Na sua forma mais simples, os transformadores de potencial possuem um enrolamento primário de muitas espiras e um enrolamento secundário por meio do qual se obtém a tensão desejada, normalmente padronizada em 115 V ou Dessa forma, os instrumentos de proteção e medição são dimensionados em tamanhos reduzidos com bobinas e demais componentes de baixa isolação.

Os transformadores de potencial são equipamentos utilizados para suprir aparelhos que apresentam elevada impedância, tais como voltímetros, relés de tensão, bobinas de tensão de medidores de energia etc. São empregados nos sistemas de proteção e medição de energia elétrica de acordo com as suas características elétricas. Em geral, são instalados junto aos transformadores de corrente, tal como se observa na Figura 6.1, no caso, uma subestação ao tempo de 230 kV de tensão nominal. Já a Figura 6.2 mostra a instalação de um transformador de potencial na sua base de concreto armado.

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1 Previsão da Demanda

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Previsão da demanda é uma atividade fundamental que antecede boa parte das decisões no âmbito do Planejamento e Controle da Produção (PCP). O objetivo é antever as quantidades que serão vendidas em cada período de cada um dos produtos oferecidos pelo sistema produtivo. Boas previsões de venda contribuem para um melhor atendimento dos clientes, para maiores lucros e menores perdas.

A demanda de um produto ou serviço reúne todas as necessidades originadas de pessoas que desejam um bem ou serviço e que possuem a condição de arcar com os custos dele.

A demanda de um produto pode ser dependente ou independente. A demanda dependente corresponde à necessidade que está diretamente relacionada com a necessidade de outro produto. A demanda dependente, portanto, pode ser calculada com base nas necessidades dos produtos relacionados. Por exemplo, para cada motocicleta demandada há a demanda de dois pneus. A demanda dos pneus é dependente da demanda das motocicletas. Já a demanda independente é a demanda futura por um produto, cuja necessidade precisa ser obrigatoriamente prevista, devido à impossibilidade de se calcular com precisão. De acordo com o exemplo anterior, a demanda de motocicletas. Essa demanda é independente da produção de outros produtos e precisa ser prevista.

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Capítulo 3 Espectroscopia de RMN de Hidrogênio

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A ressonância magnética nuclear (RMN) é a ferramenta analítica mais importante para o químico orgânico. É impossível exagerar o impacto que a RMN, em todas as suas formas, tem para o avanço da química orgânica e os campos relacionados, como a bioquímica e a química de polímeros. A espectroscopia de RMN é basicamente outra forma de espectroscopia de absorção, semelhante à espectrometria de infravermelho e à de ultravioleta. Sob condições apropriadas em um campo magnético, uma amostra pode absorver radiação eletromagnética na região de radiofrequências (rf) em uma frequência regida pelas características estruturais da amostra. Entretanto, devido à maneira como experimento de RMN é feito, não discutiremos mais o conceito de absorção. Vamos nos referir a “picos” e “sinais” de RMN ou “ressonâncias”. O espectro de RMN é um gráfico da intensidade dos picos contra a frequência. Nossa abordagem será dar pouco peso à teoria e nos concentrar na interpretação. O leitor pode consultar Levitt (2008) para um tratamento mais teórico da base física da RMN. Este capítulo cobre a espectroscopia de ressonância magnética nuclear de hidrogênio (1H-RMN), além de alguns aspectos gerais da RMN.

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Capítulo Onze Arrasto e Sustentação

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OBJETIVO DO CAPÍTULO Os capítulos anteriores descreveram a força hidrostática sobre um painel, a força de empuxo sobre um objeto submerso, e a força de cisalhamento sobre uma placa plana. Este capítulo expande essa lista introduzindo as forças de sustentação e de arrasto.

COMPREENDENDO A FORÇA DE ARRASTO (§11.1, §11.2).

• Definir o arrasto.

• Explicar como o arrasto está relacionado com a tensão de cisalhamento e com as distribuições de pressão.

• Definir o arrasto de forma e o arrasto de fricção.

• Para o escoamento sobre um cilindro circular, descrever os três regimes de arrasto e a crise do arrasto.

CALCULANDO A FORÇA DE ARRASTO (§11.2 a §11.4).

• Definir o coeficiente de arrasto.

• Encontrar valores de CD.

• Calcular a força de arrasto.

• Calcular a potência exigida para superar o arrasto.

• Resolver problemas de velocidade terminal.

COMPREENDENDO E CALCULANDO A FORÇA DE SUSTENTAÇÃO (§11.1, §11.8).

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17 Religadores Automáticos

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Religadores automáticos são equipamentos de interrupção da corrente elétrica dotados de uma capacidade de repetição em operações de abertura e fechamento de um circuito, durante a ocorrência de um defeito.

Os religadores têm larga aplicação em circuitos de distribuição das redes aéreas das concessionárias de energia elétrica, por permitir que os defeitos transitórios sejam eliminados sem a necessidade de deslocamento de pessoal de manutenção para percorrer o alimentador em falta. Esses equipamentos não devem ser aplicados em instalações industriais ou comerciais, onde os defeitos são quase sempre de natureza permanente, ao contrário das redes aéreas urbanas e rurais.

Os religadores podem ser classificados, quanto ao número de fases, em:

a) Monofásicos

São aqueles destinados à proteção de redes de distribuição monofásicas. Em redes trifásicas que alimentam cargas essencialmente monofásicas, podem ser utilizados religadores monofásicos em cada fase. Nesse caso, quando qualquer unidade operar, devido a um defeito fase e terra permanente, é bloqueada no final do ciclo de religação, sem afetar os outros consumidores ligados às outras duas fases remanescentes.

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Capítulo 18: Volantes e Rotores de Alta Velocidade

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Os volantes são massas girantes instaladas em sistemas girantes de elementos de máquinas para atuarem como um reservatório de armazenamento de energia cinética, conforme mostrado na Figura 18.1. Normalmente,1 a tarefa principal de um volante é controlar, dentro de uma faixa aceitável, as flutuações da velocidade angular e do torque inerentes à fonte de potência, à carga ou ambos. A Figura 18.2 ilustra as curvas sobrepostas de torque versus deslocamento angular para um acionador flutuante e uma carga flutuante.

Por definição, o torque motriz, Tm, é considerado positivo quando o seu sentido coincide com o sentido da rotação do eixo e o acionador está fornecendo energia ao sistema eixo-volante. O torque da carga, Tc, é considerado positivo quando o seu sentido coincide com o sentido da rotação e o sistema eixo-volante está fornecendo energia à carga. Pode-se observar que durante os instantes de tempo em que o torque motriz fornecido excede o torque da carga necessário, a massa do volante é acelerada e a energia cinética adicional é armazenada no volante. Durante incrementos de tempo em que o torque da carga necessário excede o torque motriz fornecido, a massa do volante é desacelerada e parte da energia cinética do volante é retirada.

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Capítulo 0 Breve História da Instrumentação

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A história da instrumentação, assim como qualquer outro tema envolvendo tecnologia, está relacionada com os desenvolvimentos e questionamentos de épocas passadas. As invenções que de alguma maneira revolucionaram o estilo de vida das pessoas, ou mesmo aqueles pequenos inventos que facilitaram algum processo, trouxeram avanço à ciência, bem como nos meios de se medirem grandezas físicas. Esse breve histórico cobre alguns instrumentos que foram importantes para o desenvolvimento das sociedades e da ciência, bem como da tecnologia. De modo algum esse assunto é esgotado. Desde tempos muito antigos, em que a necessidade impeliu sociedades a desenvolverem processos simples e úteis à sua subsistência, até os tempos atuais, em que muitos gênios protagonizaram a cena por grandes realizações e descobertas, a necessidade de medir quase sempre esteve presente.

Nos dias atuais, toda descoberta científica necessita de comprovação experimental. Geralmente o processo de comprovação leva à necessidade de medição de grandezas que remetem às teorias e leis que fundamentam a ciência. Entretanto, alguns milhares de anos atrás as prioridades eram diferentes. A observação permitia verificar que o tempo passava e de alguma maneira as propriedades climáticas eram cíclicas. A observação também permitia concluir que existiam períodos favoráveis tanto para o plantio como para a colheita de culturas agrícolas. Também era possível observar que os dias eram cíclicos, de modo que provavelmente o tempo terá motivado uma das primeiras necessidades de medição.

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Capítulo 7 Procedimentos Experimentais (capítulo on-line disponível integralmente no GEN-IO)

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Aplicar os conceitos básicos de estatística. Utilizar ferramentas gráficas para representação de dados experimentais. Aplicar conceitos de medição de grandezas elétricas.

Ohmímetro. Ao se utilizar o medidor de resistência elétrica, deve-se verificar um bom contato entre os terminais do componente a ser medido. Além disso, deve-se ter o cuidado de não executar a medição segurando esses terminais com as mãos. Se isso ocorrer, a impedância do corpo humano estará influenciando, e a resistência medida será o paralelo do corpo e do resistor. Deve-se, portanto, garantir que o instrumento meça apenas a resistência de interesse.

Voltímetro. Ao se utilizar o medidor de tensão elétrica, deve-se primeiramente ajustar uma escala de tensão, a qual deve ser ligeiramente superior que a tensão a ser medida. Ao utilizar-se o medidor de tensão elétrica, deve-se ligá-lo em paralelo aos pontos em que é necessário executar a medida.

Amperímetro. Ao se utilizar o medidor de corrente elétrica, deve-se primeiramente ajustar uma escala de corrente, a qual deve ser ligeiramente superior que a corrente a ser medida. Em seguida, a ligação deve ser feita em série com o circuito.

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Capítulo 2 Indústrias Químicas e Afins

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A indústria química é de importância estratégica para

o desenvolvimento sustentável das economias nacionais.

– Organização Internacional do Trabalho1

Os engenheiros químicos têm tradicionalmente encontrado emprego nas indústrias químicas e afins, e estas indústrias continuam a ser seus maiores empregadores. As indústrias químicas e afins compreendem um dos mais importantes setores de transformação da economia de uma nação. Entretanto, apesar de sua significância, as indústrias não são bem entendidas pelo público em geral, parcialmente porque apenas uma pequena fração da produção dessas indústrias é um produto para o consumidor; o grosso dessa produção é matéria-prima para outras indústrias. Este capítulo apresenta uma visão geral das indústrias químicas e afins, com o objetivo de propiciar aos estudantes de Engenharia Química um entendimento de sua fonte mais provável de oportunidades de emprego.

A seção 2.1 descreve a classificação das indústrias com uma breve introdução para os sistemas usados pelos Estados Unidos e outros governos para monitorar e analisar a economia. As indústrias químicas e relacionadas são descritas nas seções 2.2 e 2.3, respectivamente, seguidas por uma discussão das maiores companhias químicas na seção 2.4. A seção 2.5 descreve alguns dos importantes produtos químicos e a seção 2.6 descreve as características gerais da indústria química. Os leitores se tornarão familiarizados com o significado das indústrias químicas e afins na economia de uma nação, assim como poderão valorizar o papel indispensável dos produtos químicos na sociedade moderna.

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Capítulo 8 Cálculos de Termodinâmica Para Engenharia QuíMica

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As leis da termodinâmica...

expressam o comportamento aproximado e

provável de sistemas de um grande número de partículas.

– J. Willard Gibbs1

O princípio de conservação de energia discutido em capítulos anteriores apenas afirma que a energia total do universo é constante, e que as interconversões entre diferentes formas de energia são exatamente equilibradas. O princípio não oferece nenhuma indicação da viabilidade de determinada transformação de energia. Nada se pode inferir quanto à espontaneidade da transformação que determinado sistema pode sofrer. A termodinâmica é aquele ramo da Física e da Ciência da Engenharia que nos permite determinar e quantificar o comportamento dos sistemas em tais interconversões [1]. O princípio da conservação de energia aparece em termodinâmica como sua primeira lei. A segunda lei da termodinâmica fornece a base para a determinação da direção das transformações de energia que ocorrem espontaneamente [2]. O tratamento matemático baseado em princípios teóricos de termodinâmica permite-nos determinar não apenas a direção da transformação, mas também a eficiência da transformação, bem como as condições ao final da transformação. A termodinâmica também permite-nos determinar a energia requerida para todas as transformações desejadas.

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