Parte_1_Int_aos_Processos_Quimicos

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IntroduIntroduçção aos Processos Quão aos Processos Quíímicosmicos
Professor:Professor: Francisco MouraFrancisco Moura
Bibliografia:Bibliografia: HimmelblauHimmelblau, David M. e , David M. e RiggsRiggs, James B.; Engenharia , James B.; Engenharia 
QuQuíímica mica -- PrincPrincíípios e Cpios e Cáálculos, 7lculos, 7aa ediediçção, Editoraão, Editora LTC, 2006.LTC, 2006.
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1. Introdu1. Introduçção ao Cão ao Cáálculo de Engenharialculo de Engenharia
▌Dimensões: São os nossos conceitos básicos de medida, tais como: 
comprimento, tempo, massa, temperatura, etc..
▌Unidades: São os meios de expressar as dimensões, tais como: 
metro (m) ou pé (ft) para comprimento, horas (h) ou 
segundos (s) para tempo, etc.
▌Sistema de unidades
10-9nano (n)103quilo (k)
10-6micro (µ)106mega (M)
10-3mili (m)109giga (G) 
10-2centi (c)1012tera (T) 
���� Unidades múltiplas
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Rankine (Sist. Inglês)
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temperatura
ssegundo (SI)tempo
mol ou g-mol
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grama-mol (SI)
libra-mol (Sist. Inglês)
moles
kg
g
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quilograma (SI)
grama (CGS)
libra (Sist. Inglês)
massa
m
cm
ft
metro (SI)
centímetro (CGS)
pé (Sist. Inglês)
comprimento 
SímboloUnidadeDimensão
���� Unidades básicas
Unidades e dimensõesUnidades e dimensões
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1N.m = 1kg.m.s-2.m = 1kg.m2.s-2
1g.cm2.s-2
4,184 J = 4,184 kg.m2.s-2
J
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Joule (SI)
erg (CGS)
caloria 
Energia e 
trabalho
N.m-2 = 1kg.m.s-2.m-2 = 1kg.m-1.s-2PaPascal (SI)Pressão 
1kg.m.s-2
1g.cm. s-2
NNewton (SI)
dina (CGS)
Força 
0,001 m3
1000 cm3
L ou llitroVolume 
Equivalente em termos de 
unidades básicas
SímboloUnidadeDimensão
2s
cm1
2ano
km
���� Unidades derivadas
Unidades e dimensões Unidades e dimensões -- cont.cont.
���� Conversão de unidades: Converter em
2
9
2
2
2
2
2
2
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m1000
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)dias365(
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mollb05,0
lb40
mollb1lb2 −=−⋅
mol7,22
mollb1
mol454
lb40
mollb1lb2 =
−
⋅
−
⋅
Mol é a quantidade de uma substância que contém tantas espécies 
elementares quanto existem de átomos em 12 gramas do 12C.
Em termos de mol (ou g-mol):
���� Unidade molar
Ex.: Um recipiente contém 2 lb de NaOH (PM=23+16+1=40). 
Em termos de lb-mol:
No SI e CGS: 1 mol (ou 1g-mol) = 6,02.1023 moléculas ou átomos.
No Sist. Inglês: 1 lb-mol = 454.6,02.1023 moléculas ou átomos.
ConvenConvençções em mões em méétodos de antodos de anáálises e medidaslises e medidas
Se uma amostra contém N espécies, então o no de moles =
AN
N
n =
.
Se a massa de uma amostra é m, então o seu no de moles = M
m
n =
.
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ConvenConvençções em mões em méétodos de antodos de anáálises e medidaslises e medidas
���� Densidade: É a razão da massa por unidade de volume (kg/m3, g/cm3
ou lb/ft3)
Obs.: Para sólidos e líquidos puros, a densidade é essencialmente 
independente da pressão e varia ligeiramente com a temperatura. 
0,98381,000000,999868ρ (g/cm3)
100oC3,98oC0oCÁgua(l)
Obs.: Muitas vezes se encontra o termo "densidade verdadeira ou 
absoluta", quando a medida é feita no vácuo, portanto eliminando 
o efeito do empuxo do ar, e "densidade aparente" quando é feita 
no ar. A diferença é desprezível. 
Obs.: Cuidado com o termo "densidade aparente“! Se uma certa massa 
de areia é colocada em uma proveta, a relação entre esta massa 
e o volume lido também é chamada de densidade aparente. Não 
é a densidade real da substância areia, pois se conta no volume 
o ar contido nos espaços vazios entre os grãos de areia. 
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���� Gravidade específica ou densidade relativa: É a relação entre a massa 
da substância e a massa de igual volume de uma substância de 
referência a uma temperatura padrão.
ConvenConvençções em mões em méétodos de antodos de anáálises e medidaslises e medidas
6,0d204 =
3
3
3
ft
lbm
m
kg
cm
g
43,62
1000
000,1
=
=
=
Para sólidos e líquidos: a densidade de referência a 
da água a temperatura de 4oC
Para gases: costuma-se tomar como referência o ar a 0o C e a 1 atm 
de pressão.
Ex.:
ref
T
4d ρ
ρ
=
È a densidade relativa da substância a 20oC com 
relação a água a 4oC.
���� Volume específico: É o inverso da densidade (m3/kg, cm3/g ou ft3/lb).
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Obs: Quando trabalhamos com misturas o conceito de concentração 
torna-se importante.
���� Concentração molar ou molaridade é o número moles do soluto “A”
por litro de solução.






⋅==⋅==
−− 3
3
1 dmmol
dm
molLmol
L
mol
)L(V
nM A
���� Molalidade é o número de moles do soluto “A” por kg de solvente. 






=
kg
mol
m
n
m
kg,solv
A
A
ConvenConvençções em mões em méétodos de antodos de anáálises e medidaslises e medidas
���� Fração molar: É a razão estabelecida entre o número de moles da 
espécie j (nj) e o número de moles da solução (n). 
n
n
Y jj =
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ConvenConvençções em mões em méétodos de antodos de anáálises e medidaslises e medidas
Ex: a composição química do ar é 21% de oxigênio e 79% de 
nitrogênio (incluindo Ar, CO2, Kr, Ne, etc.) em base molar ou 
volumétrica. Determinar a fração em massa.
23,36723221Oxigênio (O2)
1002884-100Total
76,722122879Nitrogênio (N2)
% em pesogPeso molecular 
(g/mol)
molesComponente 
���� Base de cálculo é uma referência escolhida que facilita os cálculos 
de um determinado problema.
Assim, a base de cálculo escolhida é igual a 100 moles de ar. 
���� Fração mássica: É a razão estabelecida entre a massa da espécie j 
(mj) e a massa da solução (m).
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X jj =
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ConvenConvençções em mões em méétodos de antodos de anáálises e medidaslises e medidas
���� Partes por milhão (ppm) e partes por bilhão (ppb) é uma forma de 
expressar concentrações de soluções extremamente diluídas (traços 
de espécies). 
ppm ou ppb se refere a razão em massa (usual para sólidos e 
líquidos) ou molar (usual para gases) e significa tantas partes 
(gramas ou moles) da espécie j por milhão ou bilhão de partes 
(gramas ou moles) da mistura.
Assim, 6jj 10Yppm ⋅=
9
jj 10Yppb ⋅=
Onde Yj é a fração molar.
Ex: 15 ppm de SO2: é 15 moles (usual para gás) de SO2 por milhão 
de molesde ar. 
Em termos de fração molar: 6SO 1015Y 2
−
⋅=
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ConvenConvençções em mões em méétodos de antodos de anáálises e medidaslises e medidas
���� Temperatura
A temperatura de uma substância em um estado particular de 
agregação (sólido, líquido e gasoso) é uma medida da energia 
cinética média das espécies que a compõe. A temperatura é medida 
indiretamente através da propriedade física de uma substância que 
de alguma forma conhecida depende da temperatura.
���� Medindo a temperatura
Termômetro de mercúrio: Variação da densidade do mercúrio com a 
temperatura.
Termopar: A voltagem produzida pela junção de dois condutores 
diferentes varia com a temperatura.
Pirômetro: Espectro da radiação emitida pelo corpo quente.
( ) ( )
( ) ( )
( ) ( )
( ) ( ) 32CT8,1FT
KT8,1RT
67,459FTRT
15,273CTKT
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+⋅=
⋅=
+=
+=
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ConvenConvençções em mões em méétodos de antodos de anáálises e medidaslises e medidas
���� Pressão
A força exercida por um gás sobre uma superfície é devido a 
seqüência incessante de colisões das partículas que o constituem 
sobre esta superfície.
Muitas colisões ⇒ F≅constante ⇒ p≅constante
���� Medindo a pressão
Barômetro: Instrumento utilizado para medir a pressão atmosférica. 
É um tubo cheio de mercúrio (Hg), selado numa 
extremidade, mergulhado com a outra extremidade 
aberta numa cuba cheia de Hg. (Torricelli, discípulo de 
Galileu).
2m
N1Pa1
A
Fp ===
(equilíbrio mecânico)atmcolunadabase pp =
bar01325,1)C4(OftH91,33)C0(inHg921,29
)psi(7,14)C0)(torr(mmHg760Pa101325atm1
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Manômetros: Instrumento utilizado para medir a pressão de uma 
amostra de gás no interior de um recipiente (vaso). 
hgpabs ⋅⋅ρ= atmabs phgp +⋅⋅ρ=
Manômetro de 
tubo aberto
Manômetro de 
tubo fechado
Manômetro de tubo em U Manômetro de Bourdon
ConvenConvençções em mões em méétodos de antodos de anáálises e medidaslises e medidas
Ex: O manômetro marca 87psi e a pressão 
barométrica local é de 28 inHg. Qual é a 
pressão absoluta.
psia,,p
psia,
inHg,
psi,inHgp
abs
atm
78100781387
7813
9229
71428
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=⋅=
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ConvenConvençções em mões em méétodos de antodos de anáálises e medidaslises e medidas
���� Vazão mássica (massa/tempo) e volumétrica (volume/tempo)
Os medidores de vazão se classificam de acordo com o método de 
medição:
- Diferença da pressão: Placa de orifício, Tubo de Venturi, etc.
- Medidores de área variável: Rotâmetros 
- Deslocamento positivo: palhetas rotativas, engrenagem, disco, etc.
- Velocidade: vórtice, eletromagnéticos, ultra-sônicos, etc.
- Medidores de massa: Coriolis, térmicos
Obs.: A densidade pode ser usada para converter vazão mássica em 
volumétrica e vice-versa.
Placa de orifício Rotâmetro
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ConvenConvençções em mões em méétodos de antodos de anáálises e medidaslises e medidas
���� Equação química e estequiometria
dióxido de 
carbono
7CO2
Para 
formar
=
água
8H2O
e
+
Reage 
com
+
Oxigênio
11O2C7H16
Heptano
452 toneladas452 toneladas
452 libras452 libras
452 kg452 kg
452 gramas452 gramas
8.(2.1+16) = 144 
gramas de água
7.(12+2.16) = 308 
gramas de CO2
11.(2.16) = 352 
gramas de O2
(7.12+16.1) = 100 
gramas de C7H16
8. 6.1023 moléculas de 
água
7. 6.1023 moléculas de
CO2
11. 6.1023 moléculas 
deO2
6.1023 moléculas 
de C7H16
8 Nm3 de água7 Nm3 de CO211 *Nm3 de O21 Nm3 de C7H16
8 moles de água7 moles de CO211 moles de O21 mol de C7H16
8 moléculas de água7 moléculas de CO211 moléculas de O21 molécula de 
C7H16
*medidos na CNTP
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N. A. Lange, Handbook of Chemistry, McGraw-Hill
R. C. Reid e J. K. Sherwood, The Properties of Gases and Liquids
HSC Chemistry® programa de Cálculos Termodinâmicos da Outotec
Research.
NIST - National Institute of Standards and Technology 
(http://www.nist.gov)
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