Operações de transferência de calor e de massa

e na quinta parte da discussão sobre equipamento de processos vou abordar duas operações unitárias de transferência de calor e de massa que a secagem a destilação e falar Ei também de uma operação de transferência de massa que a extração e deixando claro que o objetivo dessa série de vídeos não é fazer a abordagem de projeto mas se introduzir o conteúdo e discutir alguns dos conceitos e aspectos importantes que envolvem estas operações por definição a secagem é a operação unitária cujo objetivo é a redução do teor de umidade presente no material e muitos casos a secagem

já é uma operação final do processo e muitas vezes e o material sai do secador diretamente para etapa de embalagem diferente do que a maioria das pessoas pensa o objetivo da secagem não é remover completamente a umidade do material mas sim reduzir o teor de água até que esse material alcance a sua umidade de Equilíbrio com o gás de secagem e eu uso o termo genérico gás pois nem sempre o ar é o e para realizar a secagem Apesar de majoritariamente eu disse o componente mais usado para essa finalidade mas aqui vamos tratar o ar

como o gás de secagem e esse a vem da atmosfera então lá que secagem uma mistura de ar seco mais vapor de água na secagem o ar aquecido inicialmente em saturado entra em contato com material esse gás vai ser de calor material o material recebe esse calor e então inicia o processo de imigração da água do material para a forma de vapor de água e com isso o gás saem saturado ao final teremos redução da umidade do material e por consequência dessa remoção de temos também o aumento da umidade do ar para entender melhor o

termo humildade é preciso a gente avaliar definição de umidade o material que vai ser seco no secador é tratado como uma mistura de água mas sólido seco em que o sol e do seco é tratado como um componente não-volátil Ou seja a massa de sólidos Seco não varia do início ao fim e a umidade pode ser convencionada de duas maneiras base seca ou base úmida Mas independente da convenção usada ela sempre Vai representar a massa de água em relação alguma coisa a gente vai chamar base seca de x e vamos chamar umidade base umidade Y

para diferenciar a umidade base seca como o nome sugere a base será a massa de sólidos seco enquanto na base e a base ser a massa de sólidos Ou seja a massa total que é a massa de água mais a massa de sólidos seco e é por isso que a gente tem uma diferenciação aqui da unidade de base seca e a unidade e umidade em base úmida Considerando o denominador das equações 1718 a gente pode concluir que a umidade em base úmida nunca pode ser maior do que um já que o numerador vai ser sempre

maior que o denominador enquanto que na base seca a gente pode ter o numerador maior que o denominador e a umidade base aumenta pode ser maior que 1 ou maior do que 100 porcento no caso de a gente converter a umidade para percentual entender essas bases de umidade é fundamental para conseguir realizar corretamente balanço de massa e de energia em secadores isso por conta da unidade que é considerada em cada uma das umidade se analisarmos um secador encontraremos as correntes de gás EA corrente de sólido que é o material a ser o Gates secagem entra

e sai com a mesma vazão de ar seco porém com diferentes valores de umidade já que esse a Entra com uma quantidade baixa de água e a remoção de água do material é agregada a corrente gasosa que vai sair com umidade absoluta W2 maior que a umidade de entrada W1 a vazão de sólido século que entra no equipamento vai ser a mesma que sai já que este componente se mantém constante do início ao fim então Considerando o volume de controle o tango.lu verde tracejado para regime permanente sem reação e sem acúmulo o balanço de massa

é feito em relação a água presente nas correntes e é dado por essa equação equação 19 Observe que cada termo da equação é o produto entre a vazão de material seco e a sua umidade correspondente e eles representam a quantidade de água presente em cada corrente o balanço de energia é realizado considerando a respectivas entalpias e possíveis perdas de energia que possa ocorrer para vizinhança como normalmente os equipamentos são projetados para terem a menor perda possível essas perdas quando elas existem elas são muito pequenas e podem ser até desprezadas então esse termo Que ponto pode

ser omitido da equação já que nessa condição ele vai ser igual a zero outra operação de transferência de calor e de massa é a destilação que é uma operação de separação de uma mistura miscível onde a separação é através da vaporização parcial do componente volátil da mistura essa operação é essencialmente utilizada para separar componentes que possuem diferentes temperaturas de ebulição a separação ocorre numa coluna de destilação que é o equipamento que permite o contato entre as fases líquida e vapor aqui nessas figuras temos uma representação de uma parte de uma coluna de pratos e de

uma coluna de enchimento que são duas das opções que a gente pode encontrar como equipamento na coluna de pratos cada prato representa um estágio de Equilíbrio no caso da coluna de recheios uma determinada altura de recheio representa um estágio de Equilíbrio é no estágio de Equilíbrio que vai ocorrer a interação de líquido e vapor e por consequência a separação do material os vapores formados dentro da coluna são ricos nos componentes mais voláteis são componentes mais leves e por isso vaporizo com mais facilidade o quanto o líquido que desce pela coluna é rico nos componentes de

menos volantes já que exigem uma quantidade maior de energia para que seja vaporizado aqui nessa animação temos uma representação do que ocorre numa refinaria de petróleo a mistura contendo os componentes a serem separados é alimentada na coluna ela vai ser aquecida num trocador de calor que a gente vai chamar de referência e esse aquecimento vai promover a vaporização parcial dos componentes dentro da coluna o vapor sobe na coluna e o líquido desce pela coluna então quanto mais Subimos na coluna encontraremos produtos mais leves que são os produtos retirados mais próximos ao topo no último prato

é onde a gente vai encontrar o produto menos volátil produto mais pesado fazendo uma análise mais minuciosa a coluna é dividido em seções a partir da corrente de alimentação no caso de uma única alimentação como a gente tem aqui a tentação da figura essa alimentação vai dividir a coluna Numa seção superior chamada a sessão de retificação ou de enriquecimento e Numa seção inferior chamada de esgotamento ou de empobrecimento em relação ao componente mais volátil o líquido que desce pela coluna chega ao fundo vai entrar no trocador de calor que vai fornecer energia para esse líquido

até a vaporização dos componentes se for do interesse parte dessa corrente pode ser retirada como o produto de fundo e a outra parte é enviada de volta para coluna para que entre em contato com o líquido que desce pela coluna na outra extremidade a gente vai ter o vapor que vai sair pelo topo da coluna e vai entrar no condensador e se condensador vai remover energia da corrente promovendo a condensação do material parte dessa corrente é retirada como produto deste lado enquanto que a outra parte retorna para coluna como corrente de refluxo esse refluxo é

o vapor que é rico no componente mais volátil Então esse líquido também vai ser rico no componente mais volátil e esse é o grande objetivo do refluxo colocar em contato uma corrente de hikido rica no componente mais volátil em contato com a corrente de vapor de modo a tentar enriquecer a corrente de vapor que vai sair pelo topo da coluna se a gente considera a coluna como equipamento adiabático a gente pode tomar como referência o volume de controle um retângulo verde tracejado para realizar um balanço global de massa de componente nesse volume de controle a

gente tem alimentação F entrando e os produtos d&w saindo a gente pode também especificar o volume de controle no condensador e realizar o balanço de massa no condensador e fazer o mesmo com o trocador de calor com o refrigerador de modo similar a gente pode realizar um balanço de energia em cada um dos volumes de controle importante fazer uma observação no balanço de energia do condensador que o líquido de e é igual a composição do deste lado e portanto a entalpia do refluxo é a mesma do deste lado então se a gente conhece a entalpia

deste lado HD a gente conhece a entalpia do refluxo então com os balanços de energia a gente pode determinar as taxas de transferência de calor necessárias no condensador e no refervedor na extração não é usado calo no processo de separação então essa operação Pode até ser aplicada a temperatura ambiente e por conta disso inclusive ela é uma operação alternativa destilação pois ela pode ser aplicada na separação de componentes com temperaturas de ebulição muito próximas se a gente considera uma coluna de extração a gente vai ter como corrente de entrada uma corrente de alimentação que é

composta por uma mistura de diluente e de soluto o diluente nada mais é que um solvente que vai ter afinidade com o soluto que vai diluir soluto nessa mistura a gente vai ter também entrando uma em mente que tem alta afinidade com o soluto e baixa afinidade com o diluente então aqui a gente vai ter dois solventes mas para diferenciar o solvente que a gente usa para extrair o soluto e do solvente que está diluindo a solução a gente chama o solvente da alimentação de diluente e usa o termo solvente para corrente que vai ser

usada para separar o soluto como corrente de saída a gente vai ter uma corrente de extrato que é uma corrente rica no solvente e que vai conter o soluto extraído e também uma corrente de refinado que é rica no diluente e que contém o soluto que não foi extraído então extrato e refinado são os nomes dados às corrente de saída do extrator E essas correntes vão estar em equilíbrio como a extração não faz o uso de temperatura Então não vai haver gasto de energia por conta de aquecimento então Considerando o volume de controle da Philco

para regime permanente processo sem reação e sem acúmulo se pode realizar balanços de massa que são dadas pelas equações 28 e 29 e aqui a gente finaliza o