Destilador

Destilador

Faculdade de Tecnologia de Sorocaba CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM SAÚDE

MODALIDADE: Projetos, Manutenção e Operação de Equipamentos Médico-Hospitalares.

Destilador de Água em Vidro - Q341V24

Disciplina: Construção de Aparelhos I Prof. Marco Antonio Ferrari

Amanda Lamino Domingues de Oliveira SD091204 Jéssica Cristiane Magalhães Ierich SD091222 Monique Taline Rodrigues SD091232

Sorocaba/SP, 16 de março de 2010.

1. Introdução3
2. Objetivos3
3. Método e Materiais3
4. Resultados4
5. Conclusões10

1. Introdução

Destilação é um método ou processo físico de separação de uma mistura de líquidos ou de sólidos dissolvidos em seus componentes. Esse processo é caracterizado pelo fato de o vapor formado possuir uma composição diferente do líquido residual. O vapor é condensado e o produto obtido é conhecido como destilado. Nesse processo, é importante que a substância a ser destilada seja volátil na temperatura utilizada [1]. No caso da água, a presença de sais minerais dissolvidos caracteriza a água mineral que geralmente é potável. É possível retirar os minerais da água usando um aparelho conhecido como destilador. A água sem minerais é usada em laboratórios químicos e é conhecida como água destilada [2].

O sistema técnico estudado nesta aula prática é o destilador de água, que funciona de tal forma a promover o processo de destilação simples da água. Esse processo é utilizado para separar misturas homogêneas quando um dos componentes é sólido (minerais) e o outro líquido (água). A destilação simples consiste em aquecer a mistura em uma aparelhagem apropriada, até que o líquido entre em ebulição. Como o vapor do líquido é menos denso, sairá pela parte superior do balão de destilação (caldeira) e chegará ao condensador (parte refrigerada), ao entrar em contato com as paredes frias, se condensa, voltando novamente ao estado líquido. Em seguida, é recolhido em um recipiente adequado, e o sólido permanece no balão de destilação [3]. 2. Objetivos

Abrir e analisar o destilador, observando características internas como circuitos internos, tecnologia utilizada, botões (IHM) e características externas, tal como entender seu funcionamento, sua aplicação e sua operação. Após a análise deste, comparar o equipamento a similares. 3. Métodos e Materiais

Primeiramente, realizar uma análise externa do sistema técnico, observando dados e características contidas neste. Após isso, desmontar o sistema técnico (engenharia reversa) e observar suas características, inter-relações entre componentes, entender o funcionamento, analisando e buscando relacionar seus blocos funcionais dentro de sua função parcial.

Materiais: Para a realização dessa aula prática utilizou-se:

Destilador de Água em Vidro - Q341V24;

Ferramentas adequadas para o trabalho (chaves de fenda, chave Phillips, etc.)

Roteiro para elaboração dos relatórios (durante a análise). 4. Resultados

Análise externa do sistema técnico a. Aparelho/Máquina/Equipamento. O sistema técnico em estudo trata-se de um equipamento, pois há a predominância de fluxo e/ou transferência de matéria, no caso, há a entrada de água total e saída de água destilada. b. Marca. QUIMIS Aparelhos Científicos LTDA. c. Modelo. Q-341V24 série: 002280. d. Alimentação. Tensão 220 V; Frequência 60 Hz, Bifásico. Análise mais aprofundada do sistema técnico. a. Qual a finalidade do equipamento? O equipamento se destina à destilação da água. b. Reproduza/desenhe a Interface Homem Máquina e indique a função dos seus componentes;

Aquecimento QUIMIS ®

Chave

Liga/desliga

Botão de disparo do aquecimento.

Indicador de aquecimento (LED) c. Faça uma representação da Função Total com a representação das entradas detalhadas (energia, informação e material) e de suas saídas detalhadas (energia, informação e material).

Legendas: (1) Energia elétrica. (2) Água total. (3) Liga/Desliga. (4) Disparo do aquecimento.

(5) Energia térmica. (6) Água destilada. (7) Informação de aquecimento.

d. Descreva a faixa de operação do equipamento, com suas unidades de medidas;

O rendimento do equipamento é de 3 L/h [4]. A potência é de 3020 W

A temperatura de trabalho dentro da caldeira é de aproximadamente 25ºC–110ºC, e. Faça o diagrama de blocos das Funções Parciais do Equipamento, com suas interligações (energia, informação e material);

Destilar a Água

IHM 2. Controle (ativar/ desativar aquecimento)

4. Destilação da água

(Vaporização e condensação)

3. Disparar Aquecimento

Legendas: (1) Liga/ desliga o sistema. (2) Disparo do aquecimento. (3) Energia elétrica. (4) Água total.

(5) Informação de aquecimento. (6) Energia térmica. (7) Água destilada.

f. Descreva literalmente os blocos das Funções Parciais do Aparelho/Máquina/Equipamento;

1. IHM – Interface Homem-Máquina, é através deste bloco funcional que o operador ativará o sistema, irá disparar o aquecimento da água da caldeira, e também receberá informações sobre o aquecimento (ativado/desativado).

2. Controlar – este bloco funcional é caracterizado pelo controle da temperatura da água contida na caldeira, no caso de temperatura muito alta, o termostato impedirá a passagem de energia elétrica (chave aberta) para o aquecimento. Quando a temperatura está baixa, o termostato ativará a passagem de energia elétrica (chave fechada) para o aquecimento. Também neste bloco funcional está contido outro termostato que, no caso de falta de água na caldeira, terá o seu sensor aquecido e interromperá o funcionamento do sistema.

3. Disparar aquecimento – (Contator) passagem de corrente pelo contator. As chaves presentes neste se fecham, permitindo a passagem de energia elétrica pelo resistor, e posterior aquecimento da água.

4. Destilação (vaporização e condensação) – bloco composto pela caldeira, resistores e condensador. Quando a água total entra em ebulição, esta sofrerá evaporação e seu vapor será condensado pelo condensador, que fica sobre a caldeira, resultando na água destilada.

g. Descreva qual o tipo de tecnologia utilizada no equipamento (analógica, digital, mista, mecânica, pneumática, hidráulica, etc.);

O equipamento utiliza tecnologia eletro-mecânica (sistema técnico simples).

h. Represente através de desenhos, esquemas, croquis, esboços, os princípios físicos /químicos/biológicos utilizados no equipamento, bem como sua interrelação com os demais blocos funcionais do sistema técnico;

O equipamento utiliza como princípio de funcionamento o Efeito Joule. O efeito joule é explicado pelo o aquecimento dos condutores. Durante os movimentos dos elétrons da corrente elétrica, estes sofrem contínuas colisões com os átomos da rede cristalina do condutor. A cada colisão, parte da energia cinética do elétron livre é transferida para o átomo com o qual ele colidiu, e esse passa a vibrar com uma energia maior. Esse aumento no grau de vibração dos átomos do condutor tem como consequência um aumento de temperatura (produção de energia térmica) [5]. O aumento da temperatura provoca o aquecimento da água e sua posterior evaporação. Quando o vapor chega ao condensador, que o refrigera, retorna ao seu estado líquido, resultando na água destilada.

i. Dê sugestões de melhoria para os blocos parciais, IHM, CONTROLE,

ATUAÇÃO, dentre outros;

O equipamento, sendo bastante simples, não apresenta tantos pontos em que possa haver melhorias, a IHM possui instruções básicas de uso e é bem simples, mas cumpre sua função, pois consegue passar informações do operador para o equipamento e do equipamento para o operador. Um problema identificado é na fixação do contator, este poderia ter alguma proteção e estar fixado em algum local, evitando o rompimento ou algum dano neste e em seus fios, o que poderia prejudicar o sistema. O sistema também poderia apresentar algum alto-falante que emitisse algum sinal sonoro quando faltasse água na caldeira, pois o sistema não funciona sem água, só mostra que está ligado através do LED presente na chave liga/desliga, mas seria mais confortável e eficiente o emprego do sinal sonoro.

Passagem de energia elétrica

Saída de energia térmica Água Total

Condensador

Vapor de Água Água destilada j. Apresente, pelo menos, um diagrama eletrônico de um bloco funcional/função parcial presente no equipamento ou, um circuito equivalente àquele existente no mesmo; k. Descrever qual o estado geral do equipamento com respeito à integridade de seus componentes, layout (distribuição dos blocos funcionais, disposição das placas, etc.);

O equipamento é bem simples, os componentes são bem distribuídos, entretanto o contator poderia estar mais bem fixado neste, para evitar possíveis rompimentos ou qualquer outro tipo de dano aos fios neste ligados. O equipamento não dispõe de condensador, peça importante ao sistema, já que faz com que a água retorne ao seu estado líquido, para seu armazenamento e utilização. O termostato responsável pelo controle do nível da água (no caso de falta desta, desativa o sistema) não está funcionando. O equipamento possui todos os parafusos em bom estado, fixando bem os componentes do sistema.

l. Descreva quais as possíveis falhas funcionais durante o funcionamento normal do sistema técnico, dê sugestões para melhoria;

Falta de água na caldeira, mas neste caso o termostato irá desativar o sistema.

Rompimento ou dano a um ou mais fios do contator, prejudicando funcionamento adequado do sistema, este problema pode ser resolvido com uma proteção ao contator e uma fixação mais adequada deste. Vazamento de água no equipamento, este poderia ter uma proteção para seus componentes no caso de possíveis vazamentos.

m. É necessária a utilização de acessórios para o funcionamento do equipamento/máquina/aparelho?

Sim, o equipamento necessita de um reservatório para armazenamento da água destilada. E também, para melhor desempenho e melhor qualidade da água destilada, o sistema pode ser utilizado com pré-filtros de sedimentos e de carvão ativado, bem como o abrandadador no caso das águas duras (itens sugeridos pelo fabricante) [4].

n. Relate a facilidade (acesso as peças internas, espaço, necessidade de ferramentas especiais), ou dificuldades de manutenção do equipamento/ máquina/aparelho;

O equipamento, pela sua simplicidade, tanto em seu funcionamento quanto em sua estrutura física, não apresenta nenhuma dificuldade de manutenção. O acesso às peças internas é fácil e rápido, e também pela sua simplicidade a detecção de problemas ou falhas no sistema, e sua resolução são facilitadas. Entretanto, há componentes que, se apresentarem problemas ou quebrarem, como o condensador, a sua reposição ou manutenção apresenta prejuízos, economicamente falando, compensando comprar outro equipamento.

o. O funcionamento do equipamento/máquina/aparelho exige instalação especial? (civil, elétrica, mecânica, hidráulica, pneumática, etc.);

Sim, exige uma torneira próxima ao equipamento, mantê-lo em plataforma nivelada, e instalação elétrica compatível (220 VCA).

p. Para a operação do equipamento é necessário treinamento específico? Justifique.

Não, pois o equipamento é simples, não exige nenhuma técnica específica, sua IHM é bastante simples e apresenta instruções básicas de uso.

2. Apresente outro equipamento/máquina/aparelho similar no mercado e compare suas funções e características técnicas com o sistema técnico analisado em laboratório.

Este equipamento pode ser comparado a uma Incubadora neonatal e um equipamento para banho-maria. Ambos utilizam sistemas semelhantes de controle de temperatura. A presença do termostato para este controle é essencial. Só que no caso da incubadora neonatal o controle da temperatura é muito mais rigoroso e preciso que no caso dos dois outros sistemas técnicos, sendo então provida de demais dispositivos, capazes de oferecerem esse controle com um maior grau de precisão. Também a incubadora possui uma IHM, componentes e circuitos internos mais complexos, até pelo fato de ter uma função mais complexa, que é criar um meio artificial que proporcione o desenvolvimento do neonato. Por isso, nos limitaremos apenas a ressaltar a semelhança no controle de temperatura. Com relação ao banho-maria, este possui uma grande semelhança com o destilador. Aquecimento da água e controle de temperatura. Só que no caso do banho-maria a água não irá ferver, sendo que sua faixa de operação é de + 25ºC – 80ºC, já que sua função é manter a temperatura desejada pelo operador para um determinado fim. O termostato irá ativar/desativar o aquecimento da água proporcionando/impedindo a passagem de energia elétrica pelo resistor. Ambos os sistemas técnicos utilizam como princípio de funcionamento (no caso do aquecimento) o Efeito Joule, que proporciona a transformação de energia elétrica em energia térmica através da passagem de corrente elétrica por um resistor.

5. Conclusões

O destilador é um equipamento muito simples, entretanto, é através dessa característica que pudemos entender bem as funções de alguns componentes bastante úteis em demais sistemas técnicos, como o contator e o termostato, ambos muitos importantes no funcionamento do equipamento. Em especial o termostato, tal componente, sensível a variações de temperatura, utiliza tal característica para controle de temperatura, atuando na ativação/ inibição do aquecimento da água pelos resistores. Enfim, após a realização dessa aula e estudo do sistema técnico destilador foi possível relacionar o teórico com o prático, visualizando situações envolvendo tal equipamento e sugerindo melhorias no mesmo, para maior confiabilidade nos resultados e conforto na operação.

6. Referências Bibliográficas

[1] SARTORI, Elen Romão; BATISTA, Érica Ferreira; SANTOS, Vagner B.; FATIBELLO, Orlando. Construção e Aplicação de um Destilador como Alternativa Simples e Criativa para a Compreensão dos Fenômenos Ocorridos no Processo de Destilação. Disponível em: <http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc31_1/10-EEQ-0308.pdf> Acessado em 20 de março de 2010.

[2] Recursos Naturais/Água. Disponível em: <http://educar.sc.usp.br/ciencias/recursos/agua.html#utilizao> Acessado em 20 de março de 2010.

[3] Química: Materiais e Transformações. Disponível em: < http://educar.sc.usp.br/ciencias/quimica/qm1-2.htm > Acessado em 20 de março de 2010.

[4] QUIMIS. Destilador de Água em Vidro - Q341V. Disponível em: < http://www.quimis.com.br/produtos.php?cat=1&sub=29&prod=144 > Acessado em 21 de março de 2010.

[5]TRAJANO, Lídia. Efeito Joule. Disponível em: < http://www.cepa.if.usp.br/energia/energia2000/turmaA/grupo6/efeito_joule.htm > Acessado em 21 de março de 2010.

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