E S C O L A S U P E R I O R A G R Á R I A

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1 Licenciatura em Engenharia Alimentar Ref.ª : Ano lectivo: DESCRITOR DA UNIDADE CURRICULAR OPERAÇÕES UNITÁRIAS II 1. Unidade Curricular: 1.1 Área científica: Tipo (Duração): Semestral 1.3 Ano/Semestre: 2º A / 4º S 1.4 Tempo de trabalho (horas) (1): Horas de Contacto (2) T TP PL TC S E OT O Projectos Trabalhos no terreno Estudo Avaliação Total 51,0 17,0 4,0 72,0 (1) O número total de horas do estudante, incluindo todas as formas de trabalho previstas, designadamente as horas de contacto e as horas dedicadas a estágios, projectos, trabalhos no terreno, estudo e avaliação (2) Indicar para cada actividade [usando a codificação constante na alínea e) do nº 3.4 das normas) o número de horas totais; o número de horas de contacto totais distribuídas segundo o tipo de actividade adoptada [ensino teórico (T), teórico-prático (TP) prático e laboratorial (PL), trabalho de campo (TC), seminário (S), estágio (E), orientação tutorial (OT), outra (O)] 1.5 Créditos ECTS: 6 2. Requisitos e Precedências 3. Contexto Pretende-se que o aluno concilie e integre conceitos simples de física, química e matemática, especialmente, de balanços de massa, de balanços de energia, de transferência de massa e de transferência de energia aplicados a unidades incluídas em sequências industriais de processos biológicos 4. Competências 1. Aplicam conceitos de matemática ciências e engenharia 2. Concebem e dimensionam equipamentos para operarem tendo em vista especificações simples 3. Treinam o trabalho em equipa 4. Usam metodologias para identificar, formular e resolver problemas simples de processos da indústria alimentar e afins. Bencanta COIMBRA - Telef Fax [ OPERAÇÕES UNITÁRIAS II ] Pág.1 de 7

2 5. Aperfeiçoam a comunicação oral e escrita no âmbito de processos simples da indústria alimentar. 6. Compreendem a importância de resolução de problemas simples dos processos de engenharia alimentar e o impacto de soluções precisas quantitativas num contexto global 7. Apercebem-se dos seus limites de intervenção e da necessidade de aprendizagem contínua 8. Usam metodologias, técnicas e ferramentas quantitativas simples, necessárias à prática da engenharia de processos da indústria alimentar. 9. Compreendem a importância da crítica analítica para as soluções que encontram e devem preconizar 4. Skills 1. apply knowledge of mathematics, science, and engineering 2. design processes to meet desired performance specifications 3. function effectively on teams 4. use engineering methods to identify, formulate, and solve engineering problems 5. communicate proficiently in written and oral form 6. understand the impact of engineering solutions in a global and societal context 7. engage in life-long learning 8. use the techniques, skills, and modern engineering tools necessary engineering practice 9. reinforce the ability to critically analyse different types of simple biochemical engineering processes and bioreactorsand to improve these processes consistent with the principles of biochemical engineering. 5. Conteúdos e Metodologias de Ensino SISTEMAS DE BOMBAGEM - Revisões de mecânica dos fluídos; Balanços energéticos. Energia potencial, energia dinâmica e energia de posição; Alturas geométricas de aspiração e de elevação/compressão; Equações gerais de base;; Dinâmica de Fluidos; Regimes de escoamento laminar, turbulento e de transição; Perdas de energia em condutas; Perdas de carga contínuas ( Equação de Fanning, Diagrama de Moody/Fanning; Perdas de carga singulares (perdas de energia em acessórios) selecção das opções apropriadas para a metodologia dos Comprimentos Equivalentes e coeficientes K); Dinâmica de Fluidos conclusão: (cavitação, NPSH (disponível e requerido) e golpe de aríete EVAPORAÇÃO - Balanço energético simplificado. Evaporação de simples efeito e evaporação de múltiplo efeito. Métodos simples de equacionamento geral de evaporadores. Recompressão de vapor. Elevação de pontos de ebulição Método de Duhring. Evaporação a baixas temperaturas. Evaporação de simples e de múltiplo efeito. SEDIMENTAÇÃO, DECANTAÇÃO, FLUTUAÇÃO e CENTRIFUGAÇÃO Bencanta COIMBRA - Telef Fax [ OPERAÇÕES UNITÁRIAS II ] Pág.2 de 7

3 Equação da transferência da quantidade de movimento. Regimes de separação de partículas em meio fluído, cálculo da viscosidade através do invariante Newton/Reynolds. Cálculo do tempo necessário ao estabelecimento da velocidade terminal. Influência mútua da sedimentação de partículas sólidas de massas específicas e de dimensões diferentes em meio fluído. Leitos fluidizados. Expressão de Ergum para a determinação do diferencial de pressão. Cálculo dos caudais. Equações específicas para o cálculo de um decantador-flotador. Determinações de força de arrastamento, de velocidades terminais de separação cálculo da área de separação. Centrifugação: cálculo da velocidade terminal. Determinação dos parâmetros G e S de uma centrífuga. Localização teórica do raio neutro de uma centrífuga. Tempo médio de centrifugação. Cálculo da potência de arranque de uma centrífuga. Cálculo da Potência de serviço de uma centrífuga. Reaproveitamento industrial da energia cinética de uma centrífuga. Introdução aos sistemas de separação de partículas sólidas de um gás. Ciclones. SEPARAÇÃO DE FASES POR MÉTODOS MECÂNICOS: FILTRAÇÃO: Definições. Equação de Poiseuille. Precipitados não compressíveis. Equação de Kozeny. Equação geral da Filtração. Filtração a caudal constante e filtração a diferencial de pressão constante. Métodos gráficos e métodos analíticos. Influência do aumento de espessura do bolo. Compressibilidade do bolo. INTRODUÇÃO AO PENEIRAMENTO: Análise de partículas. Séries de Tyler. Eficácia de um sistema de separação. SEPARAÇÃO DE FASES POR EQUILÍBRIO DE CONTACTO DE FASES EXTRACÇÃO: (gás-liquido, sólido-líquido e líquido-líquido) DESTILAÇÃO; EXTRACÇÃO ABSORÇÃO DESABSORÇÃO - CONCEITOS GERAIS COMUNS Concentrações e formas de expressão. Lei de Dalton. Equilíbrio gás-líquido. Lei de Henry. Extracção por andares. Determinação da expressão da linha operatória e da linha de equilíbrio. Método Gráfico de passo a passo de McCabe e Thiele. Casos particulares absorção e desabsorção. Taxas de dissolução. Extracção em bateria. LAVAGEM E LIMPEZA:(sólido-líquido): Equação geral da lavagem, aplicações. DESTILAÇÂO: (líquido-vapor): Pontos de ebulição de substâncias puras. Pontos de ebulição de soluções. Pontos ebulioscópicos e crioscópicos. Traçado das curvas de pontos de ebulição em misturas binárias (miscíveis e imiscíveis). Bencanta COIMBRA - Telef Fax [ OPERAÇÕES UNITÁRIAS II ] Pág.3 de 7

4 Volatilidade absoluta e relativa. Composições de líquido e de vapor. Caso particular de pontos de equilíbrio-misturas azeotrópicas. Destilação batch, destilação flash e destilação por andares. Desenvolvimento das equações e aplicações simples a misturas binárias. SEPARAÇÃO DE FASES POR EQUILÍBRIO DE CONTACTO DE FASES (sólido líquido) CRISTALIZAÇÃO: Definições: solubilidade e saturação. Taxa de formação de cristais. Sementeira. Cristalização a um único estágio. Cristalização de multi-estágios. Método geral de cálculo e dimensionamento. SEPARAÇÃO DE FASES POR MEMBRANAS. Desenvolvimento da Equação de van t Hoff. Pressão osmótica. Osmose inversa. Equação geral de transferência de massa. Uso de números adimensionais: Sherwood, Scmidt e Reynolds. Estimativa do coeficiente de transferência de massa. REDUÇÃO DE TAMANHOS: Definições resistência mecânica, granulometria e heterogeneidade e reologia (estado elástico e estado plástico). Moagem e corte. Desenvolvimento das equações empíricas de Kick, de Rittinger e de Bond. Cálculo das potências de Moagem. Novas superfícies resultantes da moagem. Coeficientes de forma para equivalências de configuração geométrica. EMULSÂO: Tipos de emulsão. Tamanho dos glóbulos. Forças de interface, Viscosidade da fase contínua. Diferenças de densidade. Coalescência. aplicação da lei de Stokes. Over-run value. Espalhabilidade e estabilidade de uma emulsão. MISTURA (sólidos, de líquidos e de sólidos em líquidoscaracterísticas de misturas. Medições a utilizar num processo de mistura. Misturas de líquido-líquido. Misturas sólido-líquido. Taxas de mistura. Index de mistura. Cálculo do tempo de mistura. Cálculo da potência de mistura. Uso de números adimensionais de Froude e de Reynolds para o cálculo da potência de mistura de líquidos. Metodologias de mistura. Sólido-líquido e líquido. LIOFILIZAÇÂO E CONCENTRAÇÃO POR CONGELAÇÃOTaxas de transferência de calor. Taxas de transferência de massa. Tempo de liofilização. REFRIGERAÇÃO E CONGELAMENTO: Definições gerais de refrigeração congelamento e ultracongelamento. Conceito de "tonelada de refrigeração". Traçado de diagramas de pressão e de entalpia de uma substância. Condições de equilíbrio líquido-vapor de uma substância. Vapor sobre-aquecido fluído sub refrigerado. Desenvolvimento das equações gerais de potências de compressor, condensador e de evaporador. Coeficiente de "performance" (COP). Estimativa do caudal mássico de fluído frigorigéneo. Condições de funcionamento em saturação e em sobre-saturação. Desenvolvimento da equação de Plank com base na transferência de energia térmica em regime transiente. Aplicação dos factores de correcção de forma na equação de Plank. Bencanta COIMBRA - Telef Fax [ OPERAÇÕES UNITÁRIAS II ] Pág.4 de 7

5 SECAGEM: Definições: Propriedades gerais do ar seco (composição, calor específico, volume específico, entalpia específica), do vapor de água (composição, calor específico, volume específico, entalpia específica) e do ar húmido (pontos de orvalho, pressões de vapor de água em ar húmido, Lei de Gibbs -Dalton, humidade absoluta e humidade relativa. Humidade relativa de equilíbrio ou actividade da água (aw).equação de Emmett-Teller- métodos de cálculo dos principais parâmetros. Curvas de absorção e desabsorção- questões de histeresis. Introdução à Psicrometria: Equação geral de transferência de massa. Equação Geral de transferência de energia. Velocidades de secagem relativamente aos tipos de secagem (secagem por ebulição, secagem adiabãtica por arraste e secagem não adiabática por arraste). Utilizações tipo das cartas psicrométricas de Mollier e de Grosverner. Métodos de traçado experimental de curvas de velocidades de secagem a taxa de secagem constante. Secagem a taxas de secagem decrescente. Estimativa do tempo de secagem. Caso particular da liofilização: Equilíbrio de uma substância pura: sólido-gás e exemplos quantitativos de aplicação. Aplicações de permutadores de calor aos processos de secagem. UTILIZAÇÃO DE RADIAÇÂO NA INDÚSTRIA ALIMENTAR 6. Resultados de Aprendizagem 7. Organização Modular de Avaliação Módulo 1: UM TESTE TEÓRICO PRÁTICO, na 12ª aula, contemplando todas as operações unitárias leccionadas até à semana anterior Peso: 50% Avaliação: Módulo 2: Apresentação e defesa, na 15ª semana, de uma monografia sobre uma das operações restantes, em powerpoint resultante de um trabalho em grupo de alunos, sorteada, para cada grupo de estudantes, na 12ª aula Peso: Avaliação: 50% Módulo 3: Peso: Avaliação: Módulo 4: Peso: Bencanta COIMBRA - Telef Fax [ OPERAÇÕES UNITÁRIAS II ] Pág.5 de 7

6 Avaliação: 8. Avaliação em Exame: 9. Condições para aproveitamento na UC: Um aluno fica aprovado quando tenha cumprido o valor mínimo de presenças nas aulas (75% para cada tipo de aula), obtida uma média ponderada das classificações dos módulos igual ou superior a 9,5 valores e uma classificação em cada um dos módulos igual ou superior a 7,5 valores. Em cada ano lectivo, um aluno que não obtenha aprovação durante o período de leccionação pode ter acesso a uma reavaliação, por módulo, havendo duas chamadas, em época prevista no calendário académico. Um aluno tem acesso a reavaliação quando tenha obtido uma classificação superior ou igual a 7,5 valores num qualquer dos módulos e tenha cumprido o valor mínimo de presenças nas aulas. A avaliação em exame, em época normal ou de recurso, contempla os alunos a quem, por força de lei, não possa ser exigida a presença nas aulas e a melhoria de classificação. São obrigatórias as presenças individuais nas aulas em que houver defesas e apresentação de trabalhos. Cópias e plágios são expressamente proibidos sendo motivo suficiente para reprovação à Unidade Curricular. Os prazos estipulados, por comum acordo, entre os docentes e alunos envolvidos, no âmbito desta unidade curricular, para entrega de trabalhos são de cumprimento estritamente obrigatório. Qualquer estudante que queira sugerir ideias que permitam melhorar a formação nesta disciplina ou corrigir as metodologias aqui descritas deve, OBRIGATORIAMENTE, apresentar por escrito as suas sugestões para que possam ser atempadamente conhecidas, e eventualmente, aprovadas por todos, e incluídas no descritor. 10. Bibliografia: Bibliografia de base: Earle, R. L., 1985, Unit operations in food processing, Second Edition, Pergamon Press Inc, New York, U.S.A.. Fellows, P., 1992, Food Processing Technology: principles and practice, Ellis Horwood Limited, England Singh, R. P., and D. R. Heldman Introduction to Food Engineering. Academic Press, New York Informação na internet: Bibliografia complementar: Brennam, et al., Food Engineering Operations. Applied Science Publishers. Inglaterra. Bueche Física Geral. McGraw-Hill do Brasil. Coulson e Richardson Ingenieria Química. Operaciones Básicas. Vol!, II, III, IV e V. Editorial Riverté. Espanha. Bencanta COIMBRA - Telef Fax [ OPERAÇÕES UNITÁRIAS II ] Pág.6 de 7

7 Foust et al., Principles of Unit Operations. John Wiley and Sons ed. USA. Garcia, J. e Barreiro, G. T Problemas de Ingenieria Química I e II. Selecciones Graficas. Madrid. Espanha. Perry et al., Chemical Engineer s Handbook. McGraw-Hill. USA. O Regente: REGINA NABAIS O Director de Curso (JOÃO NORONHA) Bencanta COIMBRA - Telef Fax [ OPERAÇÕES UNITÁRIAS II ] Pág.7 de 7