DIMENSIONAMENTO DE EQUIPAMENTOS INDUSTRIAIS

Durante a graduação o estudante de Engenharia Química possui matérias bases como física, cálculo, química, mecânica dos fluídos, e entre outras que o preparam para uma das matérias chave do curso, a matéria de Operações Unitárias.

Para ter êxito nessa matéria o estudante precisa saber calcular, entender sobre transferência de calor e massa, correlacionar equações, e então visualizar o processo estudado. Feito isso, a matéria de Operações Unitárias irá estruturar o conhecimento adquirido durante a graduação para, principalmente, o estudante realizar o dimensionamento de diversos equipamentos industriais, como trocadores de calor, filtros, leitos, secadores, evaporadores, entre outros, ou até mesmo o dimensionamento de um processo industrial como um todo. Essas atividades cabem a todos os setores industriais, como alimentício, sucroalcooleiro, farmacêutico, etc.

Fonte: Bombas Industriais

No dimensionamento serão calculadas medidas como altura, largura, diâmetro e espessura do equipamento, e também será analisado qual o melhor material a ser empregado (exemplo, aço inox ou aço carbono), tudo levando em conta qual, ou quais, fluídos estarão presentes, qual a vazão, o tempo, a temperatura e pressão, e outras grandezas que participarão do processo.

Um dimensionamento é efetuado quando se tem a finalidade de implementar um processo em uma planta industrial ou otimizar um já existente.

Com isso, é de grande importância que se tenha conhecimento sobre as propriedades do fluído nas condições empregadas, as funções do equipamento e quais operações acontecem dentro do processo estudado.

A falta de conhecimento necessário para projetar equipamentos ou plantas industriais pode acarretar em cálculos errados que causam prejuízos para empresa e até mesmo riscos à saúde e segurança dos trabalhadores.

Alguns equipamentos quando são superdimensionados geram mais gastos devido ao grande consumo de energia, o que pode levar também a sua substituição. Existem situações também que equipamentos são projetados com uma baixa faixa de segurança a fim de diminuir custos, o que pode levar ao seu mau funcionamento e acarretar acidentes.

Na figura 1 tem-se um exemplo de evaporador de múltiplo efeito para ilustrar como seria o início de um dimensionamento de um sistema de evaporação.

Figura 1. Sistema de evaporação de triplo efeito.
Fonte CAMPESE e PASSINI, 2015.

É possível observar no exemplo as variáveis de entrada e saída que são encontradas nesse tipo de operação, sendo necessário aplicar equações como, balanço de massa e balanço de energia.

O profissional capacitado terá habilidade de analisar cada operação em questão e dimensionar um equipamento de forma a viabilizar o processo, aumentar seu rendimento, aproveitar cada recurso disponível e seus subprodutos, e então tornar o processo contínuo e sustentável.

Geralmente, as indústrias possuem engenheiros competentes para essa tarefa, ou então, procuram engenheiros ou escritórios de engenharia que prestam consultoria.

Muitas vezes os profissionais utilizam softwares para auxiliar no dimensionamento e simular um processo industrial, pois com a automatização as variabilidades são menores, os resultados podem ser obtidos mais facilmente e com maior rapidez, mesmo em cálculos complexos.

Figura 2. Fluxograma de dimensionamento de um processo utilizando o software COCO.
Fonte: Schmidt, 2016.

Alguns softwares utilizados são: Matlab, Scilab, Excel, COCO, ANSYS FLUENT, entre outros.

Veja mais sobre softwares para Engenharia Química aqui e aqui.

REFERÊNCIAS

CAMPESE, G. B.; PASSINI, R.J.; Estudo de evaporadores de múltiplos efeitos. Universidade Federal de Alfenas. Poços de Caldas. 2015.

SCHMIDT, Mateus. Uso do software coco para simulações em estado estacionário de coluna de destilação. Maringá, 2016.