Op.unitárias

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UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA
ENGENHARIA QUÍMICA
ENGC99 – INTRODUÇÃO À ENGENHARIA QUÍMICA
OPERAÇÕES UNITÁRIAS
SALVADOR
MARÇO DE 2009

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UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA
ENGENHARIA QUÍMICA
ENGC99 – INTRODUÇÃO À ENGENHARIA QUÍMICA
Trabalho referente à Fernanda Gonçalves, Rafaela Vaz, Ravenna Lessa e Verônica de Jesus
apresentado ao professor Luis Jacinto de Figueiredo, como requisito parcial de avaliação da
disciplina ENGC99 – Introdução à Engenharia Química.
SALVADOR
MARÇO DE 2009

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INTRODUÇÃO
Em uma indústria química, partindo-se da matéria-prima até se chegar ao produto final
uma série de processos devem ocorrer, sendo alguns de natureza química e outros de natureza
física. A matéria-prima, ao chegar à indústria, deve ser previamente tratada antes de entrar no
reator, onde ocorrerão as transformações químicas. Desta etapa obtém-se uma mistura
composta pelo produto principal, espécies que não reagiram e resíduos. Estes últimos, por
comprometeram a qualidade do produto principal, devem ser separados deste.
As operações unitárias consistem em transformações físicas que antecedem e sucedem
as reações químicas, independentemente dos materiais que estão sendo processados. Essas
operações estão agrupadas em cinco grandes categorias:
 Mecânica dos fluidos – trata do transporte de reagentes e produtos na planta industrial;
 Transmissão de calor – relacionada à quantidade de calor envolvida em determinados
processos;
 Operações de agitação e mistura – homogeneizar misturas;
 Operação de manuseio de sólidos – peneiramento, trituração etc.;
 Operação de separação – neste grupo estão contidos processos físicos, como a
filtração, a decantação e a centrifugação; de transferência de massa, como absorção, adsorção,
secagem e extração; e processos influenciados pela troca de calor, como evaporação,
destilação, cristalização, dentre outras.
Neste trabalho nos deteremos nas principais operações de separação, que constitui o
maior grupo de operações unitárias, mostrando seus princípios de funcionamento, os
equipamentos utilizados e suas aplicações industriais. Trataremos posteriormente de aparelhos
essenciais para a indústria química, os quais são empregados nos mais diversos processos.

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1. ABSORÇÃO / DESORÇÃO
1.1 CONCEITO
A absorção de gás é uma operação unitária em que um ou mais dos componentes de
uma mistura gasosa é dissolvido num líquido, ou seja, em que se separa um ou mais
componentes de uma mistura gasosa por meio de um líquido em que são solúveis. Por
exemplo, a amônia é absorvida de uma mistura de gás e amônia através do contato do gás
com a água líquida na temperatura ambiente. A amônia é solúvel na água, mas o ar é quase
insolúvel. Nesta operação há uma transferência de material de uma corrente gasosa para uma
corrente líquida, ou melhor, uma transferência de um componente solúvel de uma fase gasosa
para um absorvente líquido relativamente não volátil. Pode se dar de duas formas: “(...) pode
ser um fenômeno puramente físico ou pode envolver a solubilização da substância no líquido
seguida por uma reação com um ou mais de um dos constituintes do líquido.” (PERRY, 1997,
p.14-2).
Quando se trata, pelo contrário, de separar de uma mistura líquida um de seus
componentes por meio de um gás, a operação recebe o nome de desorção, ou seja, a desorção
é o processo inverso da absorção, onde há a remoção de um componente de um líquido pelo
contato com um gás.
1.2 LEIS QUE REGEM A OPERAÇÃO
Na operação de absorção, uma corrente gasosa é alimentada continuamente pela parte
inferior de um equipamento absorvedor e escoa em contracorrente com um líquido solvente
que é admitido pelo topo da torre, para que seja maior a diferença de concentração e maior a
velocidade de absorção. A absorção é uma das operações cujo fundamento se baseia no
conhecimento da difusão do componente que se transmite e também, tendo a gravidade um
efeito mais potente sobre um líquido, é natural que o líquido flua para baixo e a corrente
gasosa seja ascendente.
Já na desorção
(...) o gás solúvel é transferido do líquido para a fase gasosa em virtude de a
concentração no líquido ser maior do que a concentração de equilíbrio com o gás.
Por exemplo, pode-se extrair a amônia de uma solução aquosa mediante o
borbulhamento do ar através da solução. O ar na entrada não contém amônia,
enquanto o líquido a contém; há então uma transferência do líquido para o gás.
(FOUST, 1983, p.12)

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1.3 EQUIPAMENTOS UTILIZADOS
O equipamento usado para se realizar a absorção é a torre ou coluna absorvedora
(Figura 2.1). Ela propicia o contato contínuo entre o vapor e o líquido e pode ser uma torre do
tipo cheia, com um recheio sólido ou com bandejas de borbulhamento; ou vazia, em que o
contato do líquido com o gás é efetivamente direto.
Figura 2.1: Torre de absorção (desenho e representação esquemática)
Fonte: BRASIL, 2004, p. 13
1.4 APLICAÇÕES NA INDÚSTRIA
Tanto a absorção quanto a desorção são amplamente utilizadas na indústria química.
Um exemplo é a produção de ácido clorídrico pela absorção do cloreto de hidrogênio gasoso
em água e também a carbonatação de bebidas refrigerantes, a qual envolve a absorção de
dióxido de carbono (ocorre certa desorção quando se abre a garrafa e a pressão é reduzida).

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2. DESTILAÇÃO
2.1 CONCEITO
“Fundamentalmente a destilação é uma operação de transferência de massa entre uma
fase líquida e uma fase de vapor.” (GOMIDE, Reynaldo p.33).
A destilação é usada quando se deseja separar uma mistura (líquida, parcialmente
líquida ou vapor) em duas outras misturas, utilizando calor como um agente de
separação. A mistura rica nos componentes leves, de menor ponto de ebulição, é
chamada de destilado ou produto de toco e é rica nos componentes mais pesados é
chamada de resíduo ou produto de fundo. (BRASIL, Nilo ÍNDIO do, p.13)
A destilação está baseada nas diferenças de volatilidade dos componentes de uma
mistura.
Vaporizando-se parcialmente uma mistura líquida, esta passa a também apresentar
uma fase gasosa que conterá os mesmo componentes da fase líquida inicial, porém em
concentrações diferentes, já que os líquidos não se difundem com as mesma velocidades.
Ocorre, então, um aumento das concentração do componente mais volátil na fase gasosa e um
aumento da concentração do componente menos volátil na fase líquida.
Dessa forma, esse é um processo de transferência de massa tanto da fase líquida para
de vapor quanto da fase de vapor para a líquida, baseada nos princípios de equilíbrio de fase.
Quando os líquidos de uma mistura têm volatilidade próximas, usa-se a destilação azeotrópica
que consiste na adição de um outro componente relativamente volátil que irá concorrer para
aumentar as volatilidades relativas dos líquidos dessa mistura. No caso de uma destilação
extrativa, ocorre a adição de um componente relativamente não-volátil, porém com a mesma
finalidade.
A destilação tem grande diversidade de aplicações como ,por exemplo, na obtenção de
oxigênio puro produzido através da destilação do ar previamente liquefeito, na dessalinização
da água, na purificação de matérias-primas e , sobretudo na indústria do petróleo, tem elevada
importância.
O petróleo é uma mistura multicomponente que ao chegar à indústria precisa ser
separada e purificada. Constituído por muitíssimos compostos orgânicos, e outros
inorgânicos, essa separação em fases utiliza a destilação em larga escala. A maneira de
separar o petróleo bruto varia de acordo com as suas propriedades e das características da
refinaria. A separação inicial é feita através da destilação atmosférica, onde já se obtém a

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separação de certos produtos. Estes podem ainda ser submetidos a uma destilação a vácuo, de
modo a serem obtidas outras frações.
A destilação industrial é tipicamente realizada em grandes colunas cilíndricas verticais
conhecidas "torres de destilação ou fracionamento" ou "colunas de destilação".As torres de
destilação tem escoadouros de líquidos a intervalos na coluna, os quais permitem a retirada de
diferentes frações ou produtos que possuem diferentes ponto de ebulição. O contato entre as
fases ocorre em dispositivos de diversas espécies chamados pratos ou bandejas, que
potencializam as trocas de massa.
Para se aumentar a eficiência do processo, certas torres industriais usam o refluxo. O
refluxo refere-se a porção do liquido condensado de uma torre de fracionamento que retorna
para parte superior da torre, promovendo um resfriamento capaz de condensar o vapor que
está subindo, desta forma aumentando a eficiência da torre de destilação.

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3. ADSORÇÃO/DESORÇÃO
3.1. CONCEITO
A adsorção é uma operação unitária de transferência de massa do tipo sólido -fluido
na qual se explora a habilidade de certos sólidos em concentrar na sua superfície
determinadas substâncias existentes em soluções líquidas ou gasosas, o que permite
separá-las dos demais componentes dessas soluções. (GOMIDE, Reynaldo - p. 331)
A adsorção destaca-se como uma das principais operações unitárias de transformação
de massa, devido a sua grande eficácia. Operações de transformação de massa onde haja
transformação de uma fase sólida são, certas vezes, denominadas de processos de sorção.
Assim o processo reverso a adsorção é conhecido como desorção.
A desorção ocorre comumente com a perda de adsorvente. Na maioria dos casos a
volatização térmica é empregada. Assim, com baixas pressões e altas temperaturas, vapores
podem ser recuperados com alto grau de pureza.
A adsorção é baseada na ocorrência de forças na superfície externa dos sólidos. No
momento em que há o contato entre o fluido esses pontos ativados de volências parciais
existentes no sólido, uma força de atração promove a concentração do fluido na superfície
deste sólido. No caso de um gás, ocorre uma espécie de condensação na superfície do sólido e
"se este for poroso o líquido penetrará também nos capilares e interstícios por um processo de
difusão molecular ou de Knudsen, caso consiga molhar o sólido." (GOMIDE, Reynaldo p.
313).
Assim, quanto maior for essa superfície externa por unidade de peso, mais favorável
será a adsorção (os adsorvedores são geralmente sólidos com partículas porosas).
A intensidade da força que liga o adsorvente e o adsorbato depende das naturezas do
sólido e das moléculas adsorvidas, além de poder variar com fatores como temperatura e
pressão, nos quais o sistema se encontra. Com base nesse critério a adsorção pode ser de dois
tipos: adsorção física (de Van der Waals) ou adsorção ativada (quimisorção)
A força que liga a superfície do sólido as moléculas do fluido é bastante intensa,
apresentando características de uma reação química. Pode até chegar a ser irreversível.
Devido ao alto valor da energia envolvida, o processo é lento a baixas temperaturas. Na
quimisorção ocorre uma reação entre um átomo e uma molécula da fase gasosa, sendo bem
possível que provoque o estiramento das moléculas sobre a superfície do adsorvente,
provocando sua dissociação em átomos. Somente essa adsorção apresenta interesse na catálise
heterogênea.

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A grande facilidade com que o adsorbato vai ser retirado torna esse tipo de adsorção
bastante interessante para a indústria no campo das operações unitárias.
A interação entre adsorvente e as moléculas adsorvidas é fraca, sendo o processo
facilmente desfeito mediante aquecimento ou aumento da pressão do sistema. As forças que
atuam nessa situação são intermoleculares fracas. Em virtude da pequena quantidade de
energia envolvida nesse processo, o equilíbrio do sistema é rapidamente atingidos por isso a
adsorção física não é responsável pela aceleração de reações químicas catalizadas por sólidos.
Na indústria química o tipo de adsorvedor mais utilizado é o leito fixo, no qual existe
uma corrente de fluido atravessando continuamente um leito adsorvente poroso que está
fixado em um local.
Os de leito móvel oferecem a dificuldade de movimentação do sólido, o que pode
ocasionar o desgaste ou a quebra do equipamento. Sendo assim, são utilizados apenas em
alguns casos, como por exemplo na adsorção de vapores orgânicos pelo carvão, possibilitando
a separação da fração mais leve do gás natural. O modelo de leite cilindro vertical é
conveniente para reduzir a área de implantação.
Também pode se utilizar a peneira molecular, que é constituída por adsorvedores
sintéticos especiais. Sua aplicação permite a separação de misturas através da diferença de
dimensões moleculares, da polaridade ou das saturação de ligações carbônicas. Na troca
iônica, processo semelhante a uma adsorção, é usada uma resina sólida trocadora de íons que
reage quimicamente com o soluto.
Um tipo especial de adsorvente é o clastrato que retém moléculas de uma maneira
particular.
É importante salientar que cloratos, resinas trocadoras de íons e peneiras moleculares
são mais caros quando comparados com os adsorvedores convencionais. Sendo assim, são
utilizados quando a separação não pode se dar pelos meios convencionais.
As operações industriais nas quais a adsorção é a etapa principal são várias. No campo
dos sistemas líquidos, é possível citar a PERCOLAÇÃO, “na qual o adsorvente granular é
mantido fixo sob a forma de um leite poroso através do qual o líquido a tratar sobe e desce.”
(GOMIDE, Reynaldo - p. 314). Exemplos desse tipo de operação são a eliminação do cheiro e
cor de determinadas soluções, da água, dentre outras substâncias.

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Há também a filtração de contato “que consiste em dispersar o adsorvente finalmente
dividido no líquido a tratar, promovendo simultaneamente uma agitação intensa da suspensão,
após o que o adsorvente é filtrado.” (GOMIDE, Reynaldo - p.314). Como exemplo dessa
operação temos a clorificação de óleos lubrificantes utilizando argilas tratadas com ácidos e o
branqueamento do açúcar com carvão de osso .
No caso da adsorção com gases, são exemplos importantes a eliminação do cheiro do
CO2 nos refrigerantes, o fracionamento de misturas de hidrocarbonetos leves, podendo-se
obter a gasolina a partir do gás natural, o controle da poluição do ar atmosférico, a secagem
do ar, dentre muitas aplicações.
O fator mais relevante para um adsorvente ser economicamente viável é a área
interfacial, que corresponde a área externa mais a área dos poros. Os mais importantes
adsorventes industriais são:
 Terra fuller – Branqueamento, clorificação e neutralização de óleos(minerais,
animais e vegetais),
 Graxos e gorduras.
 Argila ativada – Branqueamento de produtos de petróleo.
 Sílica-gel – Secagem e purificação de gases, funcionamento de misturas de
hidrocarbonetos e também suporte de catalisadores.
 Carvão de ossos – Refino do açúcar.
 Alumínio e bauxita – Secagem de gases.

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4. EXTRAÇÃO
4.1 EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO
4.1.1 CONCEITO
No processo de extração líquido-líquido, também chamada de extração por solvente,
pode-se separar os componentes de uma mistura líquida através da adição de um solvente à
mistura. Forma-se então um sistema com duas fases que, com o decorrer do tempo, atingirá
um estado de equilíbrio através da transferência de massa de uma fase para outra.
Neste processo o ideal é que o componente que se quer extrair seja solúvel no
solvente, e os componentes não desejáveis sejam insolúveis neste solvente. Assim, à medida
que o soluto vai se dissolvendo no solvente forma-se o extrato e os elementos da mistura
inicial que são insolúveis formam o refinado.
Na prática, todos os componentes são, possivelmente, solúveis num certo grau uns
nos outros, e a separação só é viável quando as solubilidades são suficientemente
diferentes. Em qualquer caso, o componente não extraído (inerte) deve ser
suficientemente insolúvel para se formarem duas fases que possam ser extraídas.
(FOUST, 1982, p.13)
4.1.2 LEIS QUE REGEM A OPERAÇÃO
O princípio que rege a extração por solvente é a miscibilidade entre os líquidos. Nesse
processo deve haver a mistura de dois líquidos imiscíveis e posterior separação.
O solvente utilizado deve, além de ser capaz de levar a formação de uma fase separada
do refinado, ser facilmente separável do soluto.
4.1.3 EQUIPAMENTOS UTILIZADOS
Como a diferença das fases não é muito grande, a gravidade não age de maneira
satisfatória no processo de escoamento entre os líquidos. Sendo assim, as colunas de bandejas
perfuradas, com vertedores descendentes, são bastante utilizadas na extração líquido-líquido.
Os misturadores mecânicos são empregados para dispersar de maneira mais completa as
fases, o que nas bandejas perfuradas não ocorre.

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4.1.4 APLICAÇÕES NA INDÚSTRIA
Utiliza-se a extração por solvente para retirar componentes indesejáveis dos óleos
lubrificantes e de outras frações do petróleo cru, na produção de ácido fosfórico concentrado,
para separar o nióbio do tântalo, entra outras aplicações.
4.2 EXTRAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO
4.2.1 CONCEITO
Na extração sólido-líquido, também chamada de lixiviação ou lavagem, os elementos
de um sólido são extraídos pela adição de um solvente conveniente. Para que essa extração
seja mais satisfatória o sólido deve estar bastante triturado, assim o solvente terá um maior
contato com seus constituintes.
Normalmente o componente que se deseja extrair é solúvel no líquido e o restante da
fase sólida é insolúvel. Obtêm-se, dessa maneira, o extrato que deverá sofrer um outro
processo de separação para a retirada do soluto.
Para que a separação se conclua outras operações podem ser realizadas, como a
filtração, a decantação etc.
Figura 4.1 Colunas com bandejas perfuradas
Fonte: FOUST, 1982, p. 21

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4.2.2 LEIS QUE REGEM A OPERAÇÃO
O princípio pelo qual se baseia o método da extração sólido-líquido é a solubilidade do
soluto no solvente.
4.2.3 EQUIPAMENTOS UTILIZADOS
Nos processos de separação de um líquido
com um sólido encontra-se dificuldade no
transporte do sólido num sistema multiestágio.
Um dos equipamentos empregados na extração
sólido-líquido é o extrator com cestos
transportadores, esquematizado na figura a seguir.
4.2.4 APLICAÇÕES NA INDÚSTRIA
A extração sólido-liquido é aplicada na
indústria de óleo de soja, sendo o hexano o
solvente utilizado. Aplica-se também esse
processo nas indústrias de café solúvel; na
recuperação de urânio de minérios de baixo teor,
com uso de soluções de ácido sulfúrico ou de
carbonato de sódio.
Figura 4.2: Extrator com cestos transportadores
Fonte: FOUST, 1982, p. 22

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5. FILTRAÇÃO
5.1 CONCEITO
Método de separação entre sólidos em suspensão e um fluido (tanto um líquido quanto
um gás) que consiste na retenção deste sólido numa superfície específica para cada classe de
filtrado. O acúmulo deste sólido retido geralmente forma uma camada (ou torta), que com o
uso do filtro vai ficando mais espesso, ou eles ficam presos dentro dos poros ou do corpo do
meio filttrante.
A filtração pode ser utilizada com o objetivo de secagem de sólidos ou de clarificação
de líquido. Na primeira situação, o sólido é o produto principal, portanto a torta é a parte que
interessa após a filtração. Já na clarificação de líquidos tanto o filtrado quanto ambas as partes
podem ser aproveitadas.
A força motriz do processo é o surgimento de uma pressão diferencial entre a polpa
(produto que sofrerá a filtração) e o elemento filtrante.
O filtrado é induzido a escoar através da membrana pela carga hidrostática
(gravidade), pela pressão superior à atmosférica aplicada a montante da membrana,
pela pressão subatmosférica aplicada a jusante, ou pela força centrífuga através da
membrana. (PERRY, 1997, p.19-53)
Os processos de filtração são classificados em a partir da maneira escolhida para
estabelecer essa diferença de pressão entre as partes, que pode ser através da própria
gravidade ou pode ser induzida por forças externas, o que pode acontecer por meio de forças
centrífugas, pressão positiva sobre a polpa ou a filtração a vácuo.
O princípio básico da filtração é baseado na aplicação de uma pressão diferencial entre
uma suspensão ou polpa a ser filtrada e uma superfície de um elemento filtrante. A pressão
diferencial pode ser obtida por meio de: vácuo, pressão positiva sobre a polpa e gravidade.
Elemento filtrante é o componente do filtro que retém as partículas sólidas através da
formação da torta ou entre seus poros. O meio filtrante mais adequado depende da natureza do
fluido a ser filtrado, do grau de purificação que se pretende obter e da relação custo benefício,
que inclui tanto a escolha do material mais durável para aquele fluido quanto o custo de parar
o processo para realizar a limpeza dos filtros. O meio filtrante pode ser areia, grades
metálicas, nylon, porcelana, telas, feltro, tecidos, cartuchos fibrosos, matérias porosos etc.

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Alguns filtros possuem um dispositivo que permite a limpeza sem sair do serviço,
através da injeção de um fluido pressurizado, que desagrega os sólidos retidos no elemento
filtrante e os retira, viabilizando a continuidade do processo.
A filtração é uma operação unitária muito empregada em diferentes tipos de indústrias
com destaque para as indústrias de alimentos e bebidas a exemplo da produção de suco de
frutas, vinho, cerveja, óleos vegetais, leite e derivados, entre outros produtos. Normalmente,
nestes casos, o líquido é a fração que mais interessa após a filtração e o sólido ou é
aproveitado para fins menos lucrativos ou descartados. Porém é interessante citar o que
acontece na indústria de refino de açúcar, onde cada parte é aproveitada, até mesmo para gerar
energia para a própria indústria.
Na produção de cerveja, depois da maceração do malte, o mosto resultante é separado
através de filtros. Ele é utilizado para separar a levedura e partículas de proteína em suspensão
da cerveja, para deixá-la mais clara.
Em fábricas de refrigerantes, a separação do xarope de suas impurezas também é feita
a partir da filtração. E na produção de suco de frutas o bagaço é separado da polpa.
A filtração é muito utilizada pra segregar a água de componentes desnecessários para
determinado fim. Exemplos disso são o tratamento da água para caldeiras, a dessalinização da
água do mar e o próprio tratamento da água realizado em empresas como a EMBASA, que
retém flocos não removidos pelo processo de separação anterior.
Em muitos outros processos também são utilizados a filtração, como no tratamento
(purificação) da salmoura para queijos, na indústria automobilística (setor de pintura) e na
petroquímica e química.

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6. CENTRIFUGAÇÃO
6.1 CONCEITO
A centrifugação é um processo de separação entre líquidos ou entre sólidos e líquidos.
Ela é realizada a partir de um motor que provoca o movimento rotacional que vai separar os
componentes da mistura em virtude da diferença de densidades entre eles. “As centrífugas [...]
são dispositivos que utilizam o campo centrífugo, em lugar do campo gravitacional, para
provocar a separação dos componentes de um sistema líquido-sólido ou líquido-líquido.”
(FOUST, 1983, p.548).
Há outros meios de separar líquidos e sólidos, como a filtração e a decantação. Porém
é importante destacar que a centrifugação pode ser um método utilizado para acelerar estes
dois processos — já que a aceleração no interior de centrífugas industriais é muito maior do
que a aceleração gravitacional — além de melhorar os seus resultados. Por isso é preciso ter
em vista qual dessas operações unitárias é mais adequada para uma determinada mistura e
qual delas iria trazer uma melhor relação custo-benefício.
Existem diversos tipos de centrífugas, cada qual com suas especificidades relacionadas
com o tipo de mistura:
 De discos — a pilha de discos aumenta a área efetiva de sedimentação ou clarificação
e tem a capacidade de separar três materiais;
 Tubular;
 Decantadora — Utilizado para separar efluentes, pequenos cristais ou finos etc;
 Pusher — opera em grande faixa de concentrações e é normalmente utilizada para
separar grandes cristais;
 De tambor — utilizada apenas na clarificação de líquidos;
 De bolsa invertida — o pano filtrante retém os sólidos e depois é virado do avesso
para retirá-los;
 De cesta filtrante de cesta horizontal com raspador para descarga (peeler) — permite
tanto a filtração como a decantação;
 De cesta vertical — volume relativamente pequeno de material processado;
 Vibratória — os sólidos são retidos por uma peneira e transportados por vibração axial
maior que a velocidade rotacional da centrífuga.

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A força centrífuga advinda da rotação do eixo faz com que a parte mais densa adquira
a tendência de ir para as extremidades. Isso acontece graças a natureza da força centrífuga que
tem módulo igual a da força centrípeta, o que nos permite utilizar a mesma fórmula para
calculá-la: Fc = mrω2
Esta fórmula evidencia que quanto
maior a massa da substância, maior a
força centrífuga aplicada a ela, ou seja, a
parte mais pesada será “empurrada” mais
fortemente do que a parte leve, separando-as
(figura 6.1) A partir da análise da
equação podemos concluir também que
quanto maior o raio (distância radial ao
eixo de rotação) e a velocidade angular da
centrífuga melhor seu desempenho. Porém
é importante salientar que os cálculos
Figura 6.1: Centrífuga de disco
utilizados no dimensionamento e no
desempenho da centrífuga envolvem muitos outros fatores e que nem sempre o mais eficiente
é o mais apropriado.
O modo como ocorre a aplicação da força centrífuga no equipamento é explicado a
seguir:
Os separadores centrífugos fazem uso do princípio bem conhecido, de estar sujeito a
uma força, qualquer objeto que gira em torno de um ponto central, a uma distância
radial constante. O objeto muda constantemente de direção e está assim acelerado,
mesmo que a sua velocidade escalar seja constante. Esta aceleração centrípeta é
produzida pela força centrípeta que age na direção radial no sentido centro de
rotação. Se o objeto é um recipiente cilíndrico, seu conteúdo exerce sobre ele uma
força igual e oposta ─ a força centrífuga ─ dirigida para as paredes do recipiente.
(PERRY, 1997, p19-82)
Uma centrífuga é composta pelas seguintes partes:
 Rotor ou cesta ─ onde a mistura a ser separada se localiza e sofre a ação da força
centrífuga. O líquido é descarregado na parte superior;
 Eixo motor ─ está ligado ao motor através de correias, por isso ele é a parte que gira a
cesta;
 Mancais ─ suporte de apoio de eixos e rolamentos;
Fonte: UFRNet

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 Selos ─ exercem pressão evitando que vapores escapem para a atmosfera;
 Motor ─ que é geralmente elétrico ou uma turbina que promove a rotação do eixo;
 Carcaça ─ separa os produtos de maiores densidade dos de menores densidades, já
anteriormente segregados.
A centrifugação é aplicada em vários tipos de indústria. Um bom exemplo é a
indústria de produção de álcool. Lá, a centrifugação é aplicada no mosto (melaço com água
adicionada) para separar a levedura da parte líquida.
No processo da produção de açúcar em uma indústria de refino, podemos destacar a o
uso de uma centrífuga. Ela atua na separação dos cristais de açúcar contidos xarope (suco
concentrado, obtido após um processo de evaporação, que contém principalmente água e
açúcar). Na primeira centrifugação obtém-se o açúcar branco, conhecido também por açúcar
de primeiro produto, com cerca de 1 % de umidade. O xarope resultante é submetido à
centrífuga novamente, obtendo-se açúcar amarelo ou açúcar de segundo produto, que é
refundido e misturado com o suco concentrado. Este dá origem ao açúcar de terceiro produto,
ou melaço, através de uma última centrifugação.
Existe um tipo de centrífuga especial chamada de ultracentrífuga. Ela tem uma
velocidade de rotação muito alta em relação as outras e faz em média 60.000 rpm a
1.300km/h. Elas são utilizadas para separar materiais cuja diferença de densidade é muito
baixa, como moléculas. São muito encontradas em indústrias que separam isótopos de urânio,
para que a concentração destes isótopos aumente e viabilizando a geração de energia elétrica
numa de uma usina nuclear.
Ainda existem muitas outras aplicações industriais das centrífugas, tais como nas
indústrias de fabricação de sucos, o ajuste do teor de gordura do leite, na clarificação do leite,
na indústria automobilística, na produção de chá, café solúvel e de bebidas como cerveja,
vinho e espumante.

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7. DECANTAÇÃO
7.1 CONCEITO
A decantação é um processo usado para separar misturas heterogêneas. Geralmente
deseja-se separar partículas, que podem ser sólidas ou gotas de líquidas, de um fluído, que
pode ser um líquido ou um gás.
A decantação de uma mistura de sólido e líquido é também chamada de sedimentação.
A decantação é um processo que ocorre devido à diferença de densidade entre o fluído
e as partículas. A força gravitacional atua de modo que a fase mais densa fique abaixo da fase
menos densa.
A viscosidade do fluído, o diâmetro e a forma das partículas são fatores que alteram a
velocidade de sedimentação das partículas.
As operações de sedimentação podem ser realizadas em equipamentos chamados de
tanques de decantação ou decantadores. Esses decantadores são chamados de espessadores,
quando o produto desejado é a lama decantada, e de clarificadores, quando a operação visa à
obtenção do líquido límpido.
O processo de sedimentação pode ser feito de maneira descontínua ou contínua. Os
decantadores descontínuos são tanques cilíndricos com solução em repouso por certo tempo.
Já os decantadores contínuos são tanques rasos de grande diâmetro, em que grades atuam na
remoção da lama.
Os decantadores contínuos mais comuns são os de rastelo, helicoidal, ciclone e
hidroseparadores.

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Figura 7.1 :Decantador contínuo
Fonte: FOUST, 1982, p.556
As aplicações incluem processos em que a solução é o componente de valor (como
na extração da alumina), ou em que os sólidos purificados são procurados (hidróxido
de magnésio da água do mar, por exemplo), ou ambos (como se dá frequentemente
na indústria de processamento químico e em hidrometalurgia). (PERRY, ANO,
p.19-52)
A decantação também é um processo bastante utilizado no tratamento da água.

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8. EVAPORAÇÃO
8.1 CONCEITOS
A evaporação é uma operação em que se concentra uma solução pela ebulição do
solvente. Ela é usada para a remoção de um solvente de uma solução líquida, através do
aquecimento da solução e/ou redução da pressão da operação, ou seja, se utiliza este processo
para a separação, por ebulição de uma parte do líquido contido em uma dissolução ou
suspensão. Envolve a transferência de calor e de massa simultaneamente.
As exigências térmicas são grandes em virtude de o calor latente de vaporização do
solvente ter que ser fornecido ao sistema e já que o solvente está em ebulição, deve estar em
contato com o vapor do solvente de puro e assim não há resistência à transmissão de vapor
pela interface. Um processo de evaporação é portanto inteiramente controlado pelas taxas de
transmissão de calor. “O meio aquecedor ,normalmente vapor, entra na caixa de distribuição
onde condensa completamente, liberando seu calor para a solução em ebulição.”
(BLACKADDER, 1982, p. 232)
Normalmente, suspende-se o processo concentrante antes de o soluto principiar a
precipitar-se da solução. Quando o meio de calefação é o vapor de água condensante, o
aparelho se chama evaporador e a evaporação se estuda separadamente como operação
unitária, contudo por qualquer outro procedimento pode-se estudar a evaporação dentro da
transmissão de calor.
A evaporação é normalmente efetuada no que é essencialmente um trocador de calor
modificado. Há uma superfície de transmissão de calor separando o meio aquecedor,
geralmente vapor condensado, e a solução em ebulição. Ou seja, um evaporador é
basicamente constituído por um trocador de calor, que leve a solução à fervura, e de um
dispositivo para separar o vapor do líquido.
As partes essenciais de um evaporador são a câmara de evaporação, separadas por
uma superfície de calefação*. A forma e a disposição destas câmaras é projetada
para proporcionar um funcionamento eficaz e um valor máximo do coeficiente de
transmissão de calor e são variáveis em função do tipo de evaporador.
(GUITIÉRREZ, 1969, p. 258)
*A Calefação é a vaporização que ocorre quando um líquido entra em contato com uma superfície que se
encontra a uma temperatura muito maior que a temperatura de ebulição do líquido.

25
Na Figura 8.1 está esquematizado um dos tipos mais comuns de evaporadores.
A evaporação é usada em larga escala na
indústria sempre que se deseja concentrar qualquer
tipo de solução. Por exemplo, o que se chama
usualmente de destilação da água do mar é, na
verdade um processo evaporativo para se recuperar
a água potável. Neste processo
(...) a água do mar é usada como carga em um
evaporador de três estágios (evaporador de
triplo efeito), onde por aquecimento com vapor
d’água no primeiro estágio e redução da
pressão nos estágios seguintes se consegue
produzir água potável e uma salmoura
concentrada em sais(...) (BRASIL, 2004, p.
13)
O esquema deste processo está representado
na Figura 8.2
Figura 8.1: Evaporador de tubos horizontais
Fonte: GUITIÉRREZ, 1969, p. 258
Figura 8.2: Representação da destilação da água do mar
Fonte: BRASIL, 2004, p. 13

26
EQUIPAMENTOS BÁSICOS
9. BOMBAS
Bombas são equipamentos mecânicos que fornecem energia ao líquido com o objetivo
de transferi-lo de um ponto a outro. Essa energia é fornecida através da pressão e da
velocidade, sendo que nunca a energia é totalmente transferida, ou seja, há sempre perdas de
energia no processo.
A energia fornecida pode ser utilizada tanto para elevar o líquido para um nível
superior quanto para fazê-lo circular em tubulações. Por causa da grande importância de suas
funções, a bomba é um aparelho de suma importância na indústria e, por isso, o estudo para
melhorar o seu rendimento energético e ampliar as suas aplicações industriais é largamente
utilizado.
As bombas podem ser classificadas em três grupos* que se diferem pelo seu modo de
funcionamento e utilidade na indústria. São eles: as bombas cinéticas, que por sua vez se
dividem em centrífugas e regenerativas; as bombas volumétricas, que incluem as bombas
alternativas e rotativas; bombas especiais, que abrange o grupo do carneiro hidráulico, da
bomba hidropneumática e as bombas eletromagnéticas. Falaremos um pouco sobre estes tipos
de bombas.
9.1 BOMBAS CINÉTICAS
9.1.1 BOMBAS CENTRÍFUGAS
É o tipo de bomba mais utilizado em processos químicos e petroquímicos. Elas
bombeiam o líquido a partir do movimento rotacional do rotor que, através da força centrífuga
transfere energia ao fluido. Sua ampla utilização nos processos industriais está relacionada ao
pequeno custo de manutenção, sua crescente evolução e a sua alta flexibilidade operacional.
Este tipo de bomba é chamado também de bomba cinética ou rotodinâmicas, pois a
energia cedida ao líquido advém, a maior parte, velocidade fornecida do que da pressão.
O rotor é a parte mais importante das bombas centrífugas, que podem um ou mais
rotores. Ele é o componente mecânico básico que, efetivamente, faz a transferência de energia

27
*Dependendo do autor esta classificação pode variar
para a massa líquida. O rotor possui acessórios como o indutor, o eixo, os anéis de desgaste, o
acoplamento e o sistema de vedação, que aumentam a sua eficiência.
9.1.2 BOMBAS REGENERATIVAS
O próprio líquido gira as palhetas deste tipo de bomba e essa energia é utilizada para
impulsionar o líquido.
9.2 BOMBAS VOLUMÉTRICAS
9.2.1 BOMBAS ALTERNATIVAS
São também chamadas de bombas recíprocas. Elas funcionam deslocando um volume
fixo de líquido a cada ciclo. A energia cedida ao líquido por essas bombas é
predominantemente de pressão, ao contrário do que acontece com as bombas centrífugas.
As bombas alternativas funcionam através de duas operações básicas: uma de
aspiração e outra de descarga. Na de aspiração um pistão é movido com o objetivo de esvaziar
o cilindro, reduzindo a pressão em seu interior. Por causa dessa diferença de pressão, o
líquido entra no cilindro. Quando este é preenchido pelo fluido, o pistão empurra o líquido
para fora do cilindro, caracterizando a fase de descarga. Assim q o cilindro volta a ficar vazio,
o pistão recua novamente tendendo a produzir o vácuo no interior do cilindro, reiniciando o
ciclo.
9.2.2 BOMBAS ROTATIVAS
É um tipo de bomba volumétrica ou de deslocamento positivo, pois desloca
sempre o mesmo volume de líquido a cada rotação. Segundo Foust “A vazão do líquido,
numa bomba rotatória, é função do seu tamanho e da velocidade de rotação, mas é apenas
ligeiramente dependente da pressão de descarga, dentro dos limites do modelo da bomba.”
(FOUST, 1982, p.513 e p.514)
O líquido é impulsionado pela ação de órgãos girantes (engrenagens, palhetas,
parafusos etc) que provocam a formação de um vácuo parcial na fase da sucção, fazendo com
que o líquido vá para os espaços vazios e depois para fora da bomba.

28
9.3 BOMBAS ESPECIAIS
9.3.1 CARNEIRO HIDRÀULICO
Faz com que o líquido se choque contra um obstáculo, ocasionando o chamado “Golpe
de Ariete”, o qual utiliza o princípio da sobrepressão.
Um fluxo de água passa pela bomba e quando a velocidade desse fluxo atinge um
valor adequado uma válvula o interrompe abruptamente (já que a válvula é convenientemente
Figura 9.1: Carneiro Hidráulico
Fonte: Site da UFCG
equilibrada por pesos,
compondo o chamado castelo).
O impacto transforma a energia
cinética do fluido em energia
potencial, permitido a elevação
do nível deste fluido.
9.3.2 BOMBAS HIDROPNEUMÁTICAS
Funcionam através da injeção de um gás comprimido (geralmente o próprio ar), que
age como uma força propulsora para o líquido em questão.
9.3.3 BOMBAS ELETROMAGNÉTICAS
Impulsiona um líquido a partir de uma corrente alternada que movimenta as bobinas.
Portanto elas funcionam a partir da lei de Faraday, na qual a força eletromotriz gera o
bombeamento do fluido. São muito encontradas em usinas nucleares.
Só é utilizável com líquidos de elevada condutividade elétrica, como os metais
líquidos. Não tem partes mecânicas móveis, e por isso não usa selos. [...] O líquido
condutor carreia a corrente que circula em ângulo reto com o campo magnético
impresso ao sistema. Com isto, provoca-se uma força que causa o escoamento do
líquido. (FOUST, 1982, p.522 e p.523).

29
10. CALDEIRAS
A caldeira é um equipamento que tem como finalidade primordial a produção de
vapor, mediante o aquecimento da água. É um recipiente constituído de material metálico,
podendo ser usado no cozimento de alimentos através do vapor, para alimentar máquinas
térmicas, autoclaves para esterilização de materiais diversos, entre outras aplicações.
Dentre os principais tipos de caldeiras, podemos citar:
 Caldeiras a tubo de água: os produtos de combustão envolvem os tubos que
contém água a ser vaporizada. São utilizadas para a queima de óleo ou gás. Geralmente são
construídas fora das fábricas ou no local onde serão utilizadas. Podem produzir vapor
superaquecido com a adaptação de superaquecedores.
 Caldeiras de tubo de fogo: também conhecidas como geradores de vapor,
caracterizam-se pelo fato de que o produto de combustão está dentro dos tubos da caldeira. É
constituído por um vaso maior (chamado casca) que é cercado de espelhos frontais e traseiros
e que ontem a água que será vaporizada. Geralmente são montadas dentro da própria fábrica,
sendo usadas para queimar óleo ou gás. Limitam-se a produção de vapor saturado.
 Caldeiras horizontais: nos principais modelos, apresentam tubulações internas por
onde passam os gases quentes. Normalmente têm de 1 a 4 tubos de fornalha.
 Caldeiras verticais: seus tubos estão posicionados verticalmente em um corpo
cilíndrico, fechados nas extremidades por espelho (placas). Podem ser de fornalha interna ou
externa (mais utilizadas para combustíveis de baixo teor calorífero).
 Caldeiras multitubulares de fornalha interna: apresentam vários tubos de fumaça,
podendo ser de três tipos:
a) Tubos de fogo diretos-o corpo de caldeira é percorrido pelos gases uma única
vez.
b) Tubos de fogo de retorno- a circulação dos gases proveniente da combustão é
feita em tubos de retorno.
c) Tubos de fogo diretos e de retorno- os gases quentes circulam na ida pelos
tubos diretos e na volta pelos tubos de retorno.
 Caldeiras multitubulares de fornalha externa: em alguns modelos, inicialmente
ocorre o contato da base inferior do cilindro com os gases provenientes da combustão, que
retornam pelos tubos de fogo.

30
11. COMPRESSORES
11.1 CONCEITO
A compressão de gases é um processo bastante utilizado nas indústrias químicas. A
elevação da pressão de um sistema gasoso em muitos casos se faz necessária para que o
rendimento de um processo seja satisfatório. Os compressores também são usados para
proporcionar o deslocamento dos gases.
Um outro tipo de aparelho usado para promover o deslocamento dos gases são os
ventiladores.
Os compressores podem ser classificados de duas formas:
 Compressores de deslocamento positivos, que se dividem em alternativos e rotatórios;
 Compressores centrífugos, que abrange os de fluxo radial e os de fluxo axial.
11.2 COMPRESSORES ALTERNATIVOS
“Os compressores alternativos podem fornecer gás com pressão de algumas frações de
atmosfera até gás com pressões elevadas, da ordem de 2400atm manométricas.” (FOUST,
1982, p.527).
Esses compressores são compostos por um pistão, um cilindro com válvulas
adequadas para admissão e exaustão e eixo de manivela acoplado ao motor, como pode ser
visualizado na figura abaixo.
Figura 11.1: Compressor Alternativo
(Fonte: FOUST, 1982, p. 527)

31
Nas condições ideais, a ação do compressor é um processo reversível e adiabático, isto
serve de referência para o cálculo de suas eficiências.
11.3 COMPRESSORES ROTATÓRIOS
Nestes tipos de compressores os gases são comprimidos por peças giratórias. Os
compressores rotativos apresentam alguns aspectos peculiares, como menores perdas
mecânicas por atrito, devido a uma menor utilização de peças móveis; a compressão é feita de
maneira contínua, ao contrário dos compressores alternativos; e ausência de válvulas de
admissão e descarga.
Os compressores rotatórios possuem vantagens econômicas com energia, com
rendimentos volumétricos e mecânicos e com a manutenção das peças que constituem a
máquina.
11.4 COMPRESSORES CENTRÍFUGOS
Os compressores de fluxo axial são aqueles onde o escoamento se dá na direção do
eixo do rotor.
Nos compressores centrífugos de fluxo radial, o escoamento entra no rotor paralelo ao
eixo e sai dele perpendicular ao mesmo. Este tipo de compressor é mais adequado para baixas
pressões.
Para se obter compressores adequados para altas pressões pode-se fazer uma
combinação com um tipo de compressor de fluxo axial, ou usar o compressor de fluxo axial
diretamente.
11.5 APLICAÇÕES
Os gases comprimidos podem ser empregados em ferramentas pneumáticas, como
veículo de transporte de partículas sólidas, para controle pneumático de máquinas ou
processos, como propelente para tintas e vernizes, para limpeza industrial (puro ou em
emulsão com água e detergentes), etc.

32
Figura 12.1: Forno vertical de cal
Fonte: SHREVE, R. Norris, p.137
12. FORNOS
Um dos equipamentos comumente utilizados nas indústrias são os fornos, os quais são
aparelhos em que se pode fechar e conservar calor em altas temperaturas. Eles podem ter
formatos diversos e exercer funções diferentes, dependendo do tipo da indústria em que o
forno será utilizado. O material tratado pode estar em contato direto com o combustível ou
este contato pode se dar de forma indireta, geralmente através de serpentinas.
Alguns exemplos de indústrias que utilizam fornos estão listados abaixo, juntamente
com o tipo de forno utilizado:
 Indústria cerâmica – Fornos
contínuos de chama direta, onde
os gases de combustão queimam
diretamente entre as peças; e de
chama indireta, onde os produtos
da combustão não entram em
contato com as peças;
 Indústria cimenteira – Fornos
verticais, há vários tipos, mas o
mais utilizado é o qual a
combustão do gás é feita em
queimadores especiais, com
várias bocas e resfriados a água.
(Figura 12.1)
 Indústria vidreira – Fornos de
cadinho, são adotados na pequena
produção de vidros especiais; e tanque, onde os materiais de partida são introduzidos
por uma extremidade de um grande tanque;
 Indústria eletrotérmica – Fornos elétricos, permitem um controle mais exato e uma
maior concentração de calor em relação aos outros tipos de fornos; a arco, em que se
aproveita o calor produzido pela passagem de uma corrente elétrica entre dois
eletrodos, e de indução, em que se induzem fortes campos eletromagnéticos.

33
CONCLUSÃO
As operações unitárias englobam procedimentos de importância vital para a indústria
de processamento químico. Elas estão presentes em praticamente todo o transcorrer de um
processo, sendo indispensável ao engenheiro químico conhece-las, de modo a aplicar a
operação mais conveniente tanto em termos práticos quanto em termos econômicos.
A partir desse trabalho, adquirimos uma visão mais ampla a cerca do funcionamento
de uma indústria química, através do estudo dos mecanismos intrínsecos às operações
unitárias.

34
REFERÊNCIAS
Abastecimento de Água - Carneiro Hidráulico (UFCG)
<http://www.dec.ufcg.edu.br/saneamento/Carneiro.html>
Acessado em 26 de março de 2009
BLACKADDER, D. A. NEDDERMAN, R. M. Manual de Operações Unitárias. Londres,
1982. Ed. Hemus. 1ª ed.
BRASIL, Nilo Índio. Introdução à Engenharia Química. Rio de Janeiro, 2004. Editora
Interciência. 2ª ed.
FOUST, Alan S.; WENZEL, Leonard A.; CLUMP, Curtis W.; MAUS, Louis; ANDERSEN,
L. Bryce. Princípios das Operações Unitárias. Rio de Janeiro, 1983, Guanabara Dois. 2ª ed.
GUTIÉRREZ Jodra, Luis; MARTÍNEZ Moreno, Juan M.; MEDINA Catellanos, Santiago;
MORENO Segura, Pedro; OCÓN García, Joaquim; VIAN Ortuño, Ângelo. Elementos de
Ingeniería Química. Madrid, 1969, Aguilar. 5ª ed.
OPERAÇÕES UNITÁRIAS Engenharia Química - UFRN
<http://www.ufrnet.ufrn.br/~lair/Pagina-OPUNIT/equipamento.htm>
Acessado em 29 de março de 2009
PERRY, R. H.; GREEN, D.W. Manual do Engenheiro Químico, 1997, McGraw-Hill
SHREVE, R. Norris; BRINK Jr., Joseph A. Indústrias de Processos Químicos. Rio de Janeiro,
1977. Editora Guanabara. 4ªed.

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