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INTRODUÇÃO A ENGENHARIA QUÍMICA E AMBIENTAL Rodrigo L. Bonifácio

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INFORMAÇÕES Professor Responsável: Rodrigo L. Bonifácio Email: rodrigo.bonifacio@gmail.com Carga Horária Total: 72 horas

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EMENTA - INTRODUÇÃO A ENGENHARIA QUÍMICA Conceitos básicos da engenharia química; sistemas de unidades; materiais gasosos; materiais líquidos; balanço material, balanço de energia. - INTRODUÇÃO A ENGENHARIA AMBIENTAL Aspectos gerais da engenharia ambiental; atmosfera, hidrosfera, biosfera, ciclos naturais, recursos naturais e energia; poluição do ar, do solo e das águas e seus tratamentos; gerenciamento ambiental.

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BIBLIOGRAFIA – INTRODUÇÃO A ENG. QUÍMICA R. Felder. R. Rousseau, "Elementary Principles of Chemical Processes", John Wiley & Sons, N. York, 2 ed. D. Himmemblau, "Engenharia Química - Princípios e Cálculos", Prentice-Hall do Brasil Ltda, 1984, 4 ed. Benedito Braga et al, “Introdução à Engenharia Ambiental”, São Paulo: PrenticeHall, 2002.

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Cronograma – Primeiro Semestre Aula # Assunto 1 Apresentação da Disciplina. Atribuições da Engenharia Química. 2 Processos Químicos. Grandezas. Sistemas e conversão de Unidades. 3 Homogeneidade Dimensional. Variáveis de Processo. 4 Correção de Lista 1. 5 Correção de Lista 1. 6 Balanço de massa sem reação química 1. 7 Balanço de massa sem reação química 2. 8 Balanço de massa sem reação química 3. 9 Correção da Lista de Exercícios 2. 10 Correção da Lista de Exercícios 2. 11 PROVA. 12 Balanço de massa COM reação química 1. 13 Balanço de massa COM reação química 2. 14 Balanço de massa COM reação química 3. 15 Correção da Lista de Exercícios 3. 16 Correção da Lista de Exercícios 3. 17 Revisão Geral.

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Avaliação Primeiro Semestre Nota = 0,4 . Prova + 0,6 . Prova Oficial Segundo Semestre Nota = 0,4 . Prova + 0,6 . Prova Oficial Recursos Didáticos Slides PowerPoint (disponibilizados no portal) Aulas expositivas - Listas de Exercícios (para serem feitas – fundamentais para assimilação dos conteúdos) Obs: recomenda-se que os alunos tragam calculadora científica nas aulas e provas

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Cronograma – Segundo Semestre Aula # Assunto 1 Balanço de energia 1. 2 Balanço de energia 2. 3 Balanço de energia 3. 4 Balanço de energia 4. 5 Balanço de energia 5. 6 Lista de Exercícios 4. 7 Lista de Exercícios 4. 8 Prova 9 Introdução a Engenharia Ambiental. 10 Ecossistemas. 11 Ciclos naturais, recursos naturais e energia. 12 Poluição do ar, do solo e das águas e seus tratamentos. 13 Prova Gerenciamento ambiental. 14 Revisão

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A ENGENHARIA QUÍMICA É UMA PROFISSÃO REGULAMENTADA NO BRASIL. QUAIS AS ATRIBUIÇÕES PREVISTAS EM LEI?

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Art. 1º – Fica designado, para efeito do exercício profissional, correspondente às diferentes modalidades de profissionais da Química, o seguinte elenco de atividades: 01 – Direção, supervisão, programação, coordenação, orientação e responsabilidade técnica no âmbito das atribuições respectivas. 02 – Assistência, assessoria, consultoria, elaboração de orçamentos, divulgação e comercialização, no âmbito das atribuições respectivas. 03 – Vistoria, perícia, avaliação, arbitramento e serviços técnicos; elaboração de pareceres, laudos e atestados, no âmbito das atribuições respectivas. 04 – Exercício do magistério, respeitada a legislação específica. 05 – Desempenho de cargos e funções técnicas no âmbito das atribuições respectivas. 06 – Ensaios e pesquisas em geral. Pesquisa e desenvolvimento de métodos e produtos. 07 – Análise química e físico-química, químico-biológica, bromatológica, toxicológica e legal, padronização e controle de qualidade Resolução normativa nº 36 DE 25.04.1974 DO Cons. Fed. Química

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Resolução normativa nº 36 DE 25.04.1974 08 – Produção; tratamentos prévios e complementares de produtos e resíduos. 09 – Operação e manutenção de equipamentos e instalações; execução de trabalhos técnicos. 10 – Condução e controle de operações e processos industriais , de trabalhos técnicos, reparos e manutenção. 11 – Pesquisa e desenvolvimento de operações e processos industriais. 12 – Estudo, elaboração e execução de projetos de processamento. 13 – Estudo de viabilidade técnica e técnico-econômica no âmbito das atribuições respectivas. 14 – Estudo, planejamento, projeto e especificações de equipamentos e instalações industriais. 15 – Execução, fiscalização de montagem e instalação de equipamento. 16 – Condução de equipe de instalação, montagem, reparo e manutenção.

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Resolução normativa nº 36 DE 25.04.1974 Art. 7º – Compete ao profissional com currículo de "Engenharia Química", de acordo com a extensão do mesmo, o desempenho de atividades constantes dos nºs 01 a 16 do art. 1º – desta Resolução Normativa. http://www.cfq.org.br/rn/RN36.html

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• operação de unidades industriais (plano de produção, programação, custos, treinamento, qualidade) • análise de processos industriais (avaliação da performance, melhorias, modelagem) • análise econômica e planejamento da produção ( balanços de massa e energia , inventários) • projeto de processos industriais e de engenharia (dimensionamento, etapas, equipamentos) • controle e otimização da produção (automação, malhas de controle) • mercado (comercial, aplicações) • segurança e meio-ambiente (riscos, planos de emergência, melhorias) Atividades dos Engenheiros de Químicos

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Processos Químicos Operação ou conjunto de operações coordenadas que causam uma transformação química ou física em um material ou mistura. $$$$: sistema que converte insumos de baixo valor agregados em produtos de maior valor agregado (ex. minério em metal; madeira em celulose; ar em nitrogênio, oxigênio, argônio; craqueamento (ou destilação) do petróleo; nitrogênio em amônia; Amônia em fertilizantes, etc) nas indústrias químicas, ocorrem: transformações físicas e químicas (classifique exemplos acima!) mesmo quando a conversão química é essencial, operações físicas preliminares são necessária

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Funções Básicas dos Processos Químicos Reação Química - conversão química de matérias-primas em produtos finais 2) Mistura: - insumos devem ser misturados antes da reação 3) Separação - idealmente, as reações ocorrem com 100% de rendimento - na prática... O material gerado num processo químico reúne, além do produto final: • matéria-prima não-reagida (vale a pena desperdiçar??) • subprodutos (será que eles não têm utilidade???) • impurezas (como lidar com elas??) - esta mistura deve ser separada em seus vários constituintes

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Funções Básicas dos Processos Químicos 4) Transferência de material - Um processo é constituído de vários tipos de equipamentos: o material processado deve entrar e sair de cada um deles 2) Transferência de energia (calor) - utilização da energia do sistema ($$$) deve ser maximizada através de vaporação, troca de calor, etc

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O conceito de OPERAÇÕES UNITÁRIAS Artur D. Little e Warren K. Lewis (1960) demonstraram que as unidades que constituem um processamento apresentam técnicas comuns, baseadas nos mesmo princípios científicos, independente da matéria-prima ou do produto final. Exemplo: a destilação do ácido acético apresenta características comuns à destilação de acetaldeído, anidrido acético, etc. O caso de reações químicas é menos direto, pois cada sistema reacional apresenta características muito peculiares (temperatura, pressão, tempo de residência, equilíbrio, etc).

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Fluxogramas Organização da informação de um processo químico adequada para realização de cálculos posteriores Blocos ou símbolos indicam unidades de processo (reatores, filtros, moinhos, etc) e linhas indicam o fluxo seqüencial das matérias primas ou produtos Fluxograma de obtenção de ácido fosfórico

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Análise de processos químicos CALCULAR QUANTIDADES E PROPRIEDADES DE PRODUTO PARTINDO DAS QUANTIDADES E PROPRIEDADE DE MATÉRIA-PRIMA OU VICE-VERSA Variáveis de Processo Conservação de massa Conservação de energia Termodinâmica abordagem sistemática - Solução dos problemas (aqui e no dia-a-dia)

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Unidades e Grandezas 1. Grandezas ou Dimensões são nossos conceitos básicos de medidas como comprimento, tempo, massa, temperatura, 2. Unidades são meios para expressão destas grandezas, pois MEDIR É COMPARAR  Adição e subtração: podem ser realizadas somente se as unidades são iguais 8g + 5g 8g + 5m 8g + 5 kg é possível! não é possível, pois são grandezas diferentes! É possível, após a devida conversão de unidades Multiplicação e divisão: é possível mesmo com grandezas e unidades diferentes Ex: m/s; mol/L; m/s 2

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Sistema de unidades Unidades Básicas (ex: s) 2. Unidades Múltiplas: múltiplos ou frações das unidades básicas (ex: ms, h, min) 3. Unidades Derivadas: definidas em termos das 7 unidades básicas  O Sistema Internacional (SI) é o mais utilizado, mas também iremos trabalhar como o • Sistema CGS • Sistema MKS* (ou MKS técnico) • Sistema Imperial Britânico, Inglês ou Americano de Engenharia

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Sistema Internacional (SI) - Estabelecido em 1960 na 11 a Conferência Geral de Pesos e Medidas - 22 de junho 1979: depósito de 2 padrões de platina representando o metro e quilograma nos Archives de La Republique , em Paris

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Definições de unidades básicas metro: comprimento do caminho percorrido pela luz durante uM intervalo de tempo de 1/299792458 segundo segundo: duração de 9192631770 ciclos de radiação correspondentes a uma transição específica do átomo de césio 133 em estado sólido a 0 kelvin ´....................... e assim sucessivamente!

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Unidades Derivadas do SI

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Exemplos de unidades derivadas do SI com nomes e símbolos especiais.

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Outros Sistemas de Unidades Sistema CGS: Sistema coerente de 3 unidades (centímetro, grama, metro). Sistema MKS: Na mecânica clássica, qualquer grandeza pode ter a unidade representada pela combinação de Comprimento (m), massa (Kg) e tempo (s) . Exemplos: velocidade em m/s, aceleração em m/s 2 , força em kg/(m.s 2 ) Sistema MKS* (MKS técnico): Similar ao MKS, em que a força ao invés da massa é adotada como grandeza fundamental 1 litro de água a 4 o C MKS: massa 1 Kg peso 9,8 N MKS*: peso 1 Kgf

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Outros Sistemas de Unidades Sistema Sistema Imperial Britânico, Inglês ou Americano de Engenharia: baseado em medidas antropomórficas 1 polegada = comprimento de 3 graões de cevada alinhados 1 jarda = distância entre a ponta do nariz e o polegar, com o braço estendido, do rei Henrique I

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Conversão de unidades Uso de fatores de conversão (valores equivalentes de diferentes unidades) Exemplo: unidades de comprimento

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Conversão de unidades Exemplo: 1100 ft/s em mi/h Exemplo: 100 m em ft

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Peso e massa – Um caso especial Massa: kg (SI); lb ou lb m (Sistema Inglês) Força: N (SI) F = m x a F = kg x m/s 2 = kg/(m x s 2 ) = N  1 kg f (1 kilograma-força) é a força exercida pela massa de 1kg na gravidade terrestre (pode-se dizer que 1 kg equivale a 1kg f ) 1kg f = 1kg x 9,81m/s 2 = 9,81 kg/(m x s 2 ) = 9,81 N  Analogamente, para lb f (libra-força) 1lb f = 1lb m x 32,174ft/s 2 Massa : quantidade de matéria Peso: oposto da força necessária para suportar uma massa

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Conversão de unidades Exemplo: 400 in 3 /dia em cm 3 /h

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Aspectos da regulamentação da profissão de Eng. Químico O que são processos químicos (transformação físico-química; agregar valor) Funções básicas dos processo químicos (reação química, mistura, separação, transferência de massa e de energia) O conceito de operações unitárias (unidades de processamento com técnicas em comum) Fluxogramas: diagramas de processo Análise de processos (calcular quantidades e propriedades de matérias primas e produtos) Trabalhar com unidades e grandezas (operações básicas; conversão) Sistemas de unidades: SI, CGS, MKS, Inglês O que vimos hoje?

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