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A engenharia química e seus conceitos básicos

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Está pensando em cursar engenharia química? Continue a leitura para conhecer um pouco dessa matéria.

engenharia química

Sempre que vamos iniciar algum estudo procuramos saber o básico do que iremos estudar. Lemos o sumário e nos perguntamos qual valor será agregado. Ao iniciarmos um curso universitário, não seria por menos.

Além disso, nós fazemos os seguintes questionamentos: será que eu sirvo pra isso? Tenho conhecimento/base suficiente para realizar o curso?

Já se viram nessa situação, não é?!

Durante o curso de engenharia química, iremos nos deparar com diversos conceitos, que, com certeza, serão melhor detalhados por seus professores.

Vamos estar um passo à frente e aprender alguns conceitos básicos?

Operações na engenharia química

Antes de tudo, temos que considerar a economicidade do processo, afinal, os processos químicos demandam custos.

fluxograma de processo na engenharia química

Fluxograma de processo.

Desta maneira, podemos determinar qual regime de operação o nosso processo irá ocorrer, isso quer dizer, se irá operar de forma contínua ou descontínua.

Os processos contínuos, ou que estão em regime permanente, são mais econômicos pois lhe permite fazer o equipamento trabalhar de maneira contínua, realizando apenas paradas programadas. Essa condição é preferida para processos de larga escala.

Outra característica dos processos contínuos é que as variáveis do processo não se alteram com o tempo. Sendo assim, instalam-se equipamentos para controlar perturbações que possam vir a ocorrer.

Que perturbações são essas?

Queda na vazão, aumento do nível do vaso, pressão, temperatura.

Em contrapartida, as operações descontínuas, ou em regime transiente, são desejadas quando a possibilidade de corrosão é alta ou o processo é em pequena escala.

tipos de processo

Grandezas e unidades.

Constantemente, nos deparamos com esses termos. Até mesmo no vestibular ou no ensino regular.

Contudo, ao se trabalhar os cálculos na engenharia química temos que nos atentar em qual sistema de unidades estamos trabalhando, pois há uma grande possibilidade de haver erros grosseiros que podem custar caro.

Estamos acostumados a utilizar m (metros) como unidade de comprimento, ºC (grau celsius) para temperatura e atm para pressão. Todavia, no mundo dos adultos não é essa maravilha.

Ah! Mas não é pra isso que serve o S.I. (Sistema Internacional) ?

Sim, ou melhor, deveria ser.

Por exemplo, vamos começar com a temperatura. Nos Estados Unidos utiliza-se  Fahrenheit. 

E aí? O que faz? Reclama? Não interage com o outro engenheiro?

Vamos fazer uma discussão mais avançada?

Número de Reynolds

Vamos dizer que você queira calcular o Número de Reynolds e que seu fluido de escoamento seja água.

Analogamente, suponha que você receba a especificação de uma tubulação em polegadas, usual na indústria química, e a massa específica da água é dada em kg/m3.

Como ficaria esse cálculo se o Reynolds é adimensional? Faça essa análise!

Uma pequena variação pode fazer você projetar um sistema em que o regime deve ser turbulento, mas na verdade ele é laminar.

Tipos de regime de escoamento na engenharia química

Outro termo com o qual irão se deparar é a vazão, que nada mais é a quantidade de fluido que irá escoar em um certo tempo. 

Essa quantidade pode ser dada em unidades de volume, massa ou quantidade de matéria.

Em resumo, o importante aqui não é apenas saber as relações de conversão, converter as unidades adequadamente, mas também, ter uma noção de grandeza.

Neste ponto foram abordadas apenas unidades básicas. A massa já dominamos bem, se a partir deste ponto falar apenas em toneladas, vocês rapidamente terão noção de quanto vale em quilogramas. 

Agora imagina falar em vazão em kmol/h. Ou energia em Btu. Volume em m3.

Tipos de escoamento na engenharia química

Acima, eu disse que pelo cálculo de Reynolds podemos descobrir se o escoamento é laminar ou turbulento. Agora, vamos falar da direção do escoamento.

E mais adiante falaremos sobre operações unitárias na engenharia química e veremos que dois fluidos podem escoar de duas formas, a saber: 

Em contracorrente, quando os dois fluidos escoam em direções opostas, paralelo, quando os fluidos escoam na mesma direção e, por fim, mas não tão utilizado, perpendicular.

Similarmente, essas correntes podem entrar em contato ou não, a depender do processo/operação, por exemplo: se queremos transferir massa entre as correntes estas devem entrar em contato, em contrapartida, se queremos apenas transferir energia, haverá uma interface e essas correntes não entram em contato.

Mas Paulo, faz tanta diferença? 

Usualmente, na engenharia química, trabalhamos com as correntes escoando em contracorrente, pois nos permite uma maior transferência de massa e energia.

direção do escoamento

Ou seja, faz diferença.

Operações unitárias da engenharia química

Qualquer que seja o processo químico, possuímos equipamentos que causam apenas mudanças físicas no material, ou seja, não entra em questão o reator.

O conjunto dessas operações na engenharia química é conhecido como operações unitárias. Ainda assim, temos uma macrodivisão entre essas operações, que é a que se segue: transporte de material, transferência de calor, mistura e agitação, separação e manuseio de material.

A começar pelo transporte de material, temos, por exemplo, as bombas (centrífugas e volumétricas) e os compressores. bombas

Existem diferenças?

Sim ! As bombas servem apenas para fluidos líquidos e compressores para gases. 

Já para a transmissão de calor, temos os trocadores de calor, que nos permitem transmitir energia térmica entre duas correntes. Na indústria, possuímos vários tipos de trocadores, casco e tubo, placas, grampos e também, podem ter múltiplos passes.

Sobretudo, cabe salientar que os reboilers e condensadores funcionam também como trocadores de calor. Os agitadores visam homogeneizar a mistura dos materiais. Para essas operações temos os vasos com agitador.

As operações de separação formam o maior de operações.

E quais são elas?

Para ilustrar, temos a destilação, absorção, adsorção, secagem, extração líquido-líquido, evaporação, cristalização…

Entretanto, cada equipamento possui uma característica específica, por exemplo, a destilação leva em consideração a diferença de volatilidade dos componentes da mistura.

processo de destilação na engenharia química

Mas, dentro da própria destilação possuímos segregação, temos destilação atmosférica, destilação criogênica, destilação extrativa. Em resumo, a escolha da operação unitária, ou do conjunto de operações vai depender das características da corrente de interesse.

Por fim, para manuseio de material, uma das técnicas que podemos lançar mão é a moagem.

Ao longo do curso de engenharia química, aprenderemos esses e muitos outros conceitos que servirão como suporte para nos tornarmos engenheiros químicos. 

não desista

Paulo Bonjour
Estudante de Engenharia Química na Universidade do Rio de Janeiro (UERJ), onde realiza as seguintes atividades de Iniciação Científica: Otimização de Processos Químicos e Análise das Tecnologias de Produção de Butadieno. Cursou Bacharel em Física até o 4º Período. Durante esse tempo participou de atividades de Iniciação Científica na área de Energia Solar. Possui cursos de Inglês e Francês. Atualmente trabalha com Conformidade de Registro de Gestão no Exército, responsável pela certificação dos registros dos atos e fatos de execução orçamentária, financeira e patrimonial incluídos no Sistema integrado de Administração Financeira do Governo Federal - SIAFI e da existência de documentos hábeis que comprovem as operações.

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