Operações Unitárias Docente: Camila Ortiz Martinez UTFPR Segundo Semestre - 2016
EMENTA Conceitos básicos em operações unitárias. Separações mecânicas. Operações unitárias envolvendo transferência de calor e de massa.
OBJETIVO Compreender os conceitos fundamentais das operações unitárias na indústria de alimentos a partir das principais propriedades físicas e/ou físico-químicas envolvidas nos principais processos tecnológicos da indústria de alimentos.
CONTEÚDO PROGRAMÁTICO
PROGRAMAÇÃO E CONTEÚDOS DAS AULAS (PREVISÃO) Dia/Mês ou Semana Conteúdo das Aulas Número de Aulas 08/08/2016 Apresentação da disciplina. Sistema de avaliação. 1 11/08/2016 Separações mecânicas: peneiramento. Cálculos. 2 15/08/2016 Peneiramento cálculos. Atividade. 1 18/08/2016 Separações mecânicas: filtração. Distribuição dos temas (trabalho 2 sobre tipos filtros). 22/08/2016 Pesquisa temas seminários. 1 25/08/2016 Nanofiltração, ultrafiltração, microfiltração e osmose reversa. 2 29/08/2016 Atividade filtração. 1 01/09/2016 Separações mecânicas: sedimentação e centrifugação. 2 05/09/2016 Pesquisa temas seminários. 1 08/09/2016 Separações mecânicas: agitação e mistura. 2 12/09/2016 Apresentação do trabalho sobre filtros. 1 15/09/2016 VII SIMTEA e VI EPEA. 2
19/09/2016 Apresentação do trabalho sobre filtros. 1 22/09/2016 Fragmentação de sólidos. Moagem. 2 26/09/2016 Apresentação do trabalho sobre filtros. 1 29/09/2016 Separações mecânicas: Bombeamento. 2 03/10/2016 Atividade moagem. 1 06/10/2016 Operações unitárias envolvendo transferência de massa: extração. 2 Equipamentos. 13/10/2016 Operações unitárias envolvendo transferência de calor e massa: 2 secagem. Equipamentos. 17/10/2016 Revisão de conteúdo. 1 20/10/2016 1ª Avaliação. 2 24/10/2016 Pesquisa - seminários 1
27/10/2016 Seminário 1: Operações unitárias envolvendo transferência de calor e 2 massa: cristalização. Equipamentos. 31/10/2016 Atividade. 1 03/11/2016 Seminário 2: Operação unitárias envolvendo transferência de calor e 2 massa: evaporação. Equipamentos. 07/11/2016 Seminário 3: Operação unitárias envolvendo transferência de calor e 2 massa: destilação. Equipamentos. 10/11/2016 Atividade. 1 17/11/2016 Seminário 4: Operação unitárias envolvendo a transferência de calor: trocadores de calor. Equipamentos. 2 21/11/2016 Atividade ou pesquisa 1 24/11/2016 Seminário 5: Operação unitárias envolvendo a transferência de calor: 2 esterilização. Equipamentos. 28/11/2016 Atividade ou pesquisa 1 01/12/2016 Recuperação. 2 08/12/2016 Aula para revisão das provas anteriores. 2
AVALIAÇÃO Avaliação escrita = peso 10,0 Seminário (Filtração) = peso 1,0 Atividades complementares (3 ou mais) = peso 3,0 Seminário com apresentação oral e escrita = peso 6,0 Nota final (NF): Soma das notas dividida por 2 Aprovado: nota > 6,0 e 75% de frequência. Recuperação (R) = peso 1,0. Todo o conteúdo do semestre. A nota será a média entre a nota final (NF) e a nota da recuperação (R): NF + R 2
Bibliografia básica HIMMELBLAU, D. M.; RIGGS, JAMES, L. Engenharia química: princípios e cálculos. 7. ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2006, 846 p. BRASIL, Nilo Índio do. Introdução à engenharia química. 2. ed. Rio de Janeiro: Interciência, 2004, 369 p. SMITH, J. M.; VAN NESS, H. C.; ABBOTT, M. M. Introdução à termodinâmica da engenharia química. 7. ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2007, 626 p. EARLE, R. L.. Ingeniería de los alimentos: las operaciones básicas del procesado de los alimentos. 2. ed. Zaragoza: Acribia, 1988, 203p. SHING & HELDMAN. Introdução a la Ingeniaria de los alimentos. Zaragoza: Acribia, 1998. FELOWS, P. Tecnologia del processado de los alimentos. Zaragoza: Acribia, 1998.
Bibliografia complementar HIMMELBLAU, D. M. Engenharia química: princípios e cálculos. 6. ed. Rio de Janeiro: Prentice-Hall, 1998. 592 p. BLACKADDER, D. A.; NEDDERMAN, R. M. Manual de operações unitárias: destilação de sistemas binários, extração de solvente, absorção de gases, sistemas de múltiplos componentes, trocadores de calor, secagem, evaporadores, filtragem. São Paulo: Hemus, 1982, 276 p. FOUST, Alan S. Princípios das operações unitárias. 2. ed. Rio de Janeiro: LTC, 1982. 670 p. COULSON, J. M.; COULSON, J. Tecnologia química. Lisboa: Fundação Calouste Gulbenkian, 6 v.,1971-1989. BEJAN, A. Transferência de calor. São Paulo: Edgard Blucher, 1996, 540 p.
Orientações gerais A entrega de material no prazo estabelecido, pontualidade, participação e presença Mediante atraso do aluno em dia da prova, este não entra em sala Não será aceito a entrega de trabalhos ou relatórios fora do prazo estipulado Não será permitido o uso de celulares dentro da sala de aula Não será permitida a saída do aluno da sala de aula durante a realização das provas para uso dos sanitários e/ou beber água
OBJETIVOS DA INDÚSTRIA ALIMENTÍCIA Vida de prateleira Modificações: aumentar a variedade e permitir outros processamentos Praticidade e facilidade de consumo Valor nutritivo Lucro
ALIMENTOS PROCESSADOS É todo material alimentício, devidamente acondicionado, que possui uma vida útil acima da alcançada em estado natural, sendo utilizado para isso métodos físicos, químicos e/ou físicoquímicos Converter alimentes perecíveis em alim. estáveis, nutritivos e seguros Classifica-se a vida útil em provisória ou permanente Benefícios do processamento: disponibilidade, vida útil e segurança
MATÉRIA-PRIMA INDUSTRIAL Matéria-prima é toda substância de origem animal, vegetal ou mineral, em estado bruto, que para ser utilizada como alimento, precisa sofrer um tratamento e/ou transformação de natureza química, física ou biológica Matéria-prima inadequada (origem e processamento) = produto ruim Perecíveis, semiperecíveis (carnes defumadas, queijos) e não perecíveis
TIPOS DE INDÚSTRIAS DE ALIMENTOS Muitas atividades porém podem ser consideradas: Indústrias que preparam alimentos frescos (abatedouros e vegetais) Indústrias de conservas Indústrias que fabricam produtos que servem para preparar alimentos Indústrias que fabricam alimentos prontos para consumir
OPERAÇÕES UNITÁRIAS - DEFINIÇÃO Combinação de procedimento para atingir as modificações desejadas nas matérias-primas. Cada operação possui um efeito específico, identificável e previsível no alimento. A combinação e a seqüência das operações determinam a natureza final do produto elaborado.
Preparação da matéria-prima Contaminantes, areia, insetos = proteção do processo e dos equipamentos e prod. seguro Limpeza: a seco com jato de ar; utilização de spray de água em esteiras Seleção: m-p descartadas, ou re-processadas Classificação: separação dos lotes diferentes mas sadios para processamento ou consumo (tamanho...). Descascamento: manual, com vapor ou água quente, meios mecânicos, médio ácido, etc., dependendo do tipo de m-p e o destino final do processamento
PENEIRAMENTO OPERAÇÕES UNITÁRIAS Docente: Camila Ortiz Martinez UTFPR Campo Mourão 2016
Peneiramento Definição (tamanho) Separação sólido-sólido baseia-se na escolha de um processo no qual o comportamento do material seja influenciado por alguma propriedade física. Peneiramento (dimensões) Objetivos específicos: Dividir em frações homogêneas Obter partículas de mesmo tamanho MECANISMO Malha fina de tecido (gravidade)
Peneiramento Velocidade de passagem: Natureza e forma Amplitude e frequência da agitação Adesão à peneira Natureza física da peneira - Tamanhos: 25mm a 0,06mm - Materiais mto finos: dificuldades - Placas perfuradas
Peneiramento Quantidade de material sobre a peneira: pequena (obstrução) Movimento da peneira Aberturas quadradas e dimensão é especificada: nº de aberturas por polegada (espessura do fio) Mesh = quantidade de aberturas em 25,4 mm (1 in) Séries normalizadas de peneiras: Reino Unido: British Standard (BS) Institute of Mining and Metallurgy (IMM) Tyler (EUA): Braisil (mesh) Abertura de crivos sucessivos devem seguir um fator cte de aumento Rendimento = quociente do material que passa pela peneira e aquele que é capaz de passar
Peneiramento Uma peneira: duas frações (não classificadas = > da fração fina e < fração grossa). + peneiras é possível obter frações classificadas (classificação granulométrica)
Peneiramento Na prática: impossível separação único tamanho A retenção das partículas finas nas grossas pode ser explicada por: aderência do pó às partículas grandes aglomeração dos finos (coesão ou outras forças) irregularidade das malhas mecanismos de operação A passagem dos grossos através das malhas deve-se a: irregularidade das malhas carga excessiva na peneira
OPERAÇÃO Pode ser realizada : Seco Úmido (aderentes - entupimento): evita deposição dos finos Facilitadores de operação: Umidade Agitação (moagem, pó, danificação) Inclinação Peneiramento: - gravidade, escova, centrifugação - Partículas <s = agitação
TELAS Telas metálicas revestidas de seda ou plástico (PVC, polietileno, polipropileno, teflon) Pratos metálicos perfurados Metais + comuns: aço e aço inox As peneiras padrão variam de 2 a 400 mesh
TELAS
CLASSIFICAÇÃO Peneira estacionária Telas e grelhas Peneira mecânica Rotativas Agitadas Tambores rotativos Vertical Horizontal Mov. giratório em uma só extremidade Pereira vibratória Vibradores Mecânico Eletromagnético Agitação simultânea
Peneiras Estacionárias Simples, robustas e econômicas Telas: Sólidos grosseiros (entopem) 1 a 10cm de abertura, alimentadas manualmente; Grelhas: separam finos das cargas de britadores, que são uma série de barras paralelas mantidas em posição através de espaçadores, podem ser horizontais ou inclinadas entre 20 e 50º:
PENEIRAS ESTACIONÁRIAS
Mecânicas: Peneiras Rotativas + comum: tambor rotativo (classificação dos pedriscos na construção civil) Cilindro com 4-10m, longo, inclinado de 5 a 10º, 15 rpm A superfície lateral: placa metálica perfurada ou tela, com aberturas de tamanhos progressivamente maiores na direção da saída
Mecânicas: Peneiras agitadas - Agitação provoca a movimentação das partículas sobre a superfície de peneiramento - Inclinação : 15 o a 20 o - partículas > 1 cm
Freqüência e a amplitude: melhor combinação
PENEIRA VIBRATÓRIA Alta capacidade e eficiência (finos) A maior diferença entre as peneiras agitadas e as vibratórias: > freqüência (1200 a 7200 ciclos/minuto) < amplitude de vibração (1,5 a 10mm) Estrutura Vibrada: vibração mecânica por meio de excêntricos, ou vibração eletromagnética. São ligeiramente inclinadas (5-10º para operação a úmido e 20º para operação a seco) Seco ou úmido < 100 mesh Tela Vibrada: elas possuem eletroímans que atuam diretamente sobre a tela - 80 a 100 mesh
PENEIRA VIBRATÓRIA
PENEIRAMENTO A primeira escala granulométrica foi proposta por Rittinger, Alemanha, e obedeceu à seguinte equação: Onde: abertura de ordem n; = abertura de referência (=1 mm); r = razão de escala ( r = 2 = 1,41)
PENEIRAMENTO a U.S. Tyler Company Segunda escala Richards (Padrão americano) Número de malhas Mesh = quantidade de aberturas em 25,4 mm, ou 2,54 cm (1 in ; polegada)