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CADERNO DE EXERCÍCIOS 
PROCESSOS QUÍMICOS 
INDUSTRIAIS 
AULAS 1-6 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Prof. Dr. Marcos Baroncini Proença
 
 
EXERCÍCIOS AULAS 1-6 DE PROCESSOS QUÍMICOS INDUSTRIAIS 
 
CONVERSA INICIAL 
Neste caderno de exercícios serão apresentados exercícios resolvidos e postados exercícios 
propostos, visando uma maior sedimentação dos conteúdos abordados nas Aulas 1 a 6 da Rota 
de Estudos. 
Trataremos tanto dos conceitos da Disciplina de forma aplicada, quanto de conhecimentos 
básicos necessários as resoluções dos exercícios, conceitos esses que, embora não façam parte 
da disciplina, já forma vistos nas disciplinas anteriores do Curso. 
A proposta será sempre de apresentar exercícios resolvidos passo a passo e depois propor a 
resolução de exercícios de sedimentação de conhecimento. 
Com isso acreditamos estar complementando o Material da Rota de Estudo, visando melhorar 
o desempenho do discente no que concerne ao aprendizado do conteúdo e a aplicação de 
conceitos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
AULA 1 – FUNDAMENTOS DE PROCESSOS QUÍMICOS INDUSTRIAIS E 
BALANÇO DE MASSA. 
Exercícios resolvidos: 
1) Um processo químico industrial pode ser representado de três formas: representação 
isométrica, representação por fluxograma de processos e representação por diagrama de 
blocos. Abaixo são apresentadas figuras destas representações e as características de 
cada uma. Ligue a representação com a característica. Como ficará o resultado? 
 
 
 
Resolução comentada: esse exercício trata de uma aplicação direta de conceito e 
identificação de representação de processos químicos industriais. 
Portanto: Como resultado das ligações, ficará: A3, B1 e C2. 
 
 
 
 
 
 
 
2) Para o diagrama de blocos representado abaixo, identificar as correntes de entrada e de 
saída para cada equipamento. 
 
 
Resolução comentada: esse exercício trata de uma aplicação direta da identificação de 
correntes de entrada e saída em um diagrama de blocos. 
Portanto: Conforme a tabela abaixo, as correntes de entrada e saída dos equipamentos 
serão: 
Equipamentos Correntes de Entrada Correntes de Saída 
1 A,B C,D 
2 D E,F 
3 F G,H 
 
É interessante observar, como no caso das correntes D e F, que uma corrente pode ser 
considerada como de entrada ou como de saída, em função do volume de controle. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3) Um evaporador de simples efeito operando em regime permanente é usado para 
concentrar uma solução aquosa ácido acético de 40% até 60% de sólidos, por meio da 
evaporação do solvente. Para uma alimentação de 500 L/h de solução e sabendo que no 
Topo sairá apenas vapor do solvente xV = 1, desenvolver o balanço de massa deste 
evaporador. 
 
Resolução comentada: esse exercício trata de balanço de massa para um volume de 
controle em regime permanente. Este balanço será feito usando o Balanço Global e o 
Balanço de Massa para os sólidos. 
Portanto: primeiro, se deve complementar as informações das frações mássicas de líquido 
e de sólido, depois será feito o balanço de massa para identificação da vazão mássica de 
fundo e por último será feito o balanço global para se determinar a vazão mássica de topo. 
Assim: 
Volume de Controle xL xS 
Solução Diluída - 0,4 
Solução Concentrada - 0,6 
Vapor do Solvente 1 0,0 
 
Balanço de Massa: 
 QSD . xS = QV . xS + QSC . xS 
 500 . 0,4 = QV . 0,0 + QSC . 0,6 QSC = 333,33 L/h 
 
Balanço Global: 
 QSD = QV + QSC 
 500 = QV + 333,33 QV = 166,67 L/h 
 
 
 
 
4) Um misturador recebe duas soluções com concentrações diferentes de sólidos. A solução 
A, de vazão mássica 200kg/min, entra com concentração de 40% de sólidos e a solução 
B, de vazão mássica 320kg/min, entra com concentração de 60% de sólidos. 
Considerando este misturador como sendo de regime permanente, determinar a vazão 
da solução C de saída do misturador e a concentração de sólidos nela. 
 
 
 
Resolução comentada: esse exercício trata de balanço de massa para um volume de 
controle em regime permanente. Este balanço será feito usando o Balanço Global e depois 
o Balanço de Massa para os sólidos. 
Portanto: primeiro, será obtida a vazão mássica de C pelo Balanço Global. Posteriormente 
será obtida a concentração de sólidos em C pelo Balanço de Massa. 
Assim: 
 Balanço Global: 
 ṁA + ṁB = ṁC 200 + 320 = ṁC ṁC = 520 kg/min 
 
 Balanço de Massa: 
 ṁA . xSA + ṁB . xSB = ṁC . xSC 
 200 . 0,4 + 320 . 0,6 = 520 . xSC 
𝒙𝑺𝑪 = 
𝟖𝟎 + 𝟏𝟗𝟐
𝟓𝟐𝟎
 ∴ 𝒙𝑺𝑪 = 𝟎, 𝟓𝟐 
 
 O produto C sairá do reator com uma vazão volumétrica de 520 kg/min e uma concentração 
de sólidos de 52%. 
 
 
 
 
 
 
5) A carga de uma coluna de destilação é uma mistura de benzeno e tolueno com teor em 
quantidade de matéria de benzeno de 50%. Deseja-se recuperar 80% de benzeno no 
destilado, o que deve corresponder a um teor em quantidade de matéria de benzeno de 
82,2%. Para uma produção de 1000 kgmol/h de benzeno na corrente de destilado, calcule 
as vazões molares das três correntes de processo. 
Resolução comentada: esse exercício trata de balanço de massa para um volume de 
controle em regime permanente. A base de cálculo nesse caso é a vazão molar de 
benzeno no destilado, que corresponde a 92,5% da corrente D. A resolução do problema 
deve ser iniciada pela corrente de destilado. 
𝑥𝑏,𝐷.𝐷 = 1000 𝑘𝑔𝑚𝑜𝑙/d 
𝐷 = 1000 /0,925 = 1081,08 𝑘𝑔𝑚𝑜𝑙/𝑑 
A vazão molar total da corrente D é igual a 1081 kgmol/d, sendo 1000 kgmol/d de 
benzeno e 81 kgmol/d de tolueno. O benzeno recuperado no destilado corresponde a 
90% do benzeno total presente na carga da coluna de destilação. 
Pode-se expressar matematicamente essa relação como: 𝑥𝑏,𝐷.𝐷 = 0,90 𝑥𝑏,𝐹. 𝐹 
1000 = 0,90.0,40. 𝐹 
𝐹 = 2777,78 𝑘𝑔𝑚𝑜𝑙/𝑑. 
 Agora, pode-se escrever o balanço de massa global e o balanço de massa para o 
benzeno a fim de determinar os valores de vazão molar e composição da corrente W: 
 𝐹 = 𝐷 + 𝑊 
𝑊 = 2777,78 − 1081,08 = 1696,70 𝑘𝑔𝑚𝑜𝑙/𝑑 
𝑥𝑏,𝐹. 𝐹 = 𝑥𝑏,𝐷.𝐷 + 𝑥𝑏,𝑊.𝑊 
0,40.2777,78 = 0,925.1081,08 + 𝑥𝑏,𝑊. 1696,70 
𝑥𝑏,𝑊 = 0,065 𝑥𝑡,𝑊 = 0,935 
 
 
 
 
Exercícios propostos: 
1) Um processo químico industrial pode ser representado de três formas: 
representação isométrica, representação por fluxograma de processos e 
representação por diagrama de blocos. Identificar o tipo de representação da 
figura abaixo e descrever as suas características. 
 
 
Resposta: Fluxograma de processos. Características conforme exercício 
resolvido 1. 
 
2) Um processo químico industrial pode ser representado de três formas: 
representação isométrica, representação por fluxograma de processos e 
representação por diagrama de blocos. Identificar o tipo de representação da 
figura abaixo e descrever as suas características. 
 
 
 
Resposta: Diagrama de blocos. Características conforme exercício 
resolvido 1. 
 
 
 
 
 
3) Para o diagrama de blocos representado abaixo, identificar as correntes de 
entrada e de saída para cada equipamento. 
 
Resposta: 
 
Equipamentos Correntes de Entrada Correntes de Saída 
1 A,B C 
2 D G,H 
3 G,E I 
4 I J,K 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4) Para o diagrama de blocos representado abaixo, identificar as correntes de 
entrada e de saída para cada equipamento. 
 
 
Resposta: 
Equipamentos Correntes de Entrada Correntes de Saída 
I 1,6 2,3 
II 4 6,8 
III 5 7,9 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5) Um evaporador de simples efeito operando em regime permanente éusado para 
concentrar uma solução aquosa de suco de maracujá de 25% até 45% de sólidos, 
por meio da evaporação do solvente. Para vazão de fundo de 432 m3/h de 
solução concentrada e sabendo que no Topo sairá apenas vapor do solvente xV = 
1, desenvolver o balanço de massa deste evaporador. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Resposta: ṁE = 777,6 m3/h e ṁV = 345,6 m3/h 
 
 
 
6) Um evaporador de simples efeito operando em regime permanente é usado para 
concentrar uma solução aquosa de sopa de 30% até 78% de sólidos, por meio da 
evaporação do solvente. Para vazão de entrada de 432 m3/h de sopa e sabendo 
que no Topo sairá apenas vapor do solvente xLV = 1, desenvolver o balanço de 
massa deste evaporador. 
 
Resposta: ṁF = 166,15 m3/h e ṁV = 265,85 m3/h 
 
 
 
 
 
 
7) Um misturador recebe duas soluções com concentrações diferentes de sólidos. 
A solução A, de vazão mássica 231 kg/min, entra com concentração de 48%. Qual 
a vazão mássica e concentração que a solução B deve ter para garantir um 
produto final C com vazão de 498 kg/min e uma concentração de 60% ? 
 
 
 Resposta: ṁB = 267 kg/min e xB =0,70 
 
 
 
8) Um misturador recebe duas soluções com concentrações diferentes de sólidos. 
A solução A, de vazão mássica 97 kg/min, entra com concentração de 31%. A 
solução B, de vazão mássica 48 kg/min, entra com concentração de 25%. Qual a 
vazão mássica e concentração que a solução C de saída do misturador? 
 
 
 
 
 
 
 
 Resposta: ṁC = 145 kg/min e xC =0,29 
 
 
 
 
 
 
 
9) A carga de uma coluna de destilação é uma mistura de benzeno e tolueno com 
teor em quantidade de matéria de benzeno de 50%. Deseja-se recuperar 80% de 
benzeno no destilado, o que deve corresponder a um teor em quantidade de 
matéria de benzeno de 82,2%. Para uma produção de 1000 kgmol/h de benzeno 
na corrente de destilado, calcule as vazões molares das três correntes de 
processo. 
 
 
 Resposta: D= 1216,54 kg/kgmol ; A = 2500 kgmol/kg ; F = 1283,46 kgmol/kg; xb,f = 0,195; xt,f = 0,805. 
 
10) A carga de uma coluna de destilação é uma mistura de etanol e água com teor 
igual na composição da alimentação. Deseja-se recuperar 75% de etanol no 
destilado, o que deve corresponder a um teor em quantidade de matéria de 
etanol neste destilado igual a 85%. Para uma alimentação de 2200 kg/h, calcule 
as vazões do Destilado e do produto de fundo, mais a composição deste produto 
de fundo. 
 
Resposta: ṁEtOH = 825kg/h; D = 970,59kg/h; F =1229,41kg/h; xEtOH= 0,22; xH2O = 0,78 
 
 
 
 
 
AULA 2 – FUNDAMENTOS DE BALANÇO DE ENERGIA. 
Exercícios resolvidos: 
1) Na tabela de vapor saturado abaixo, quais as condições de temperatura e 
pressão que levarão o vapor saturado ter um volume específico igual a 
43400cm3/g? Para estas condições, que valores de Energia Interna, Entalpia e 
Entropia terá? 
Resolução comentada: esse exercício trata da leitura direta da Tabela de Vapor. 
Portanto: primeiro, procede a identificação da temperatura e a pressão para o volume específico 
solicitado. Posteriormente lê diretamente da tabela os valores de Energia Livre, Entalpia e 
Entropia pedidos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Assim: para Ѵ = 43400 cm3/kg: 
 
 
 
 
As condições de temperatura e pressão serão: T = 298,15K e p = 3,166kPa. 
 
Os valores de Energia Interna, Entalpia e Entropia serão: U = 2409,9kJ/kg; H = 2547,3kJ/kg e 
S = 8,5592kJ/kg K 
 
 
 
 
 
 
 
2) Determinar a pressão e o volume ocupado por 1000 kg de água no estado 
líquido saturado, em um tanque rígido, sabendo que a temperatura da água é 
mantida a 60°C. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Resolução comentada: esse exercício trata do uso da Tabela de Vapor para determinação de 
propriedades físicas da água. 
Portanto: primeiro é necessário identificar a temperatura na qual serão obtidas as propriedades 
da água. Depois serão levantados os valores das propriedades nesta temperatura para que, a 
partir deles, sejam obtidas as propriedades para a massa de água especificada. 
Assim: 
Para uma temperatura 60°C: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 A pressão, lida diretamente da tabela, é de 0,2 bar para 1 kg de água. Não há volume na 
tabela. Assim deve ser obtido em função de outra propriedade. No caso a propriedade será o 
volume específico, pois relaciona o volume com a massa. Na tabela o vL x 103 = 1,0172 m3/kg. 
Então vL = 1,0172 x 10-3 m3/kg. 
Desta forma, para 1 kg de água o volume será de 1,0172 x 10-3 m3. 
Para 1000kg teremos o seguinte: 
 
 1 kg - 0,2 bar 
 1000 kg - p 𝑝 = 
1000 .0,2
1
 ∴ 𝑝 = 200 𝑏𝑎𝑟 
 
 1 kg – 1,0172 x 10-3 m3 
 1000 kg – vL 𝑣𝐿 =
1000 . 1,0172𝑥103
1
 ∴ 𝑣𝐿 = 1,0172 𝑚
3 
 
 
 
 
3) Determinar a vazão de vapor necessária em um evaporador para produção de 
suco concentrado, sabendo que nele é alimentada uma solução com 30% de 
sólidos a 25°C com vazão mássica de 6kg/s. É sabido também que o vapor de 
aquecimento do evaporador entra como vapor saturado e sai como líquido 
saturado. É condição do processo que saia do evaporador, como corrente de topo, 
vapor com 100% de fração líquida e como produto de fundo, um suco de com 60% 
de sólidos. Também é condição de processo que a corrente de alimentação se 
divida 61% no produto de topo e 39% no de fundo. Demais dados se encontram 
no diagrama de bloco do evaporador abaixo. 
 
 
 
 
 
 
Resolução comentada: esse exercício trata de um balanço de energia, através do qual se obterá 
a vazão de vapor necessária para a concentração do suco concentrado no evaporador. 
Portanto: Será aplicada a expressão que tem como premissa que a energia que entra é igual a 
energia que sai do equipamento. 
 
 
 
Assim: 
 A . HA + W . HW = V . HV + P . HP + W . HL 
 6 . 107 + W . 2685,6 = 3,66 . 2865,3 + 2,34 . 1043,2 + W . 444 
 642 + W . 2685,6 = 10487 + 2441 + W . 444 
 W (2685,6 - 444) = 10487 + 2441 – 642 
 W = 12286 / 2241,6 = 5,48 kg/s 
 
 
 
 
 
 
 
Exercícios propostos: 
1) Na tabela de vapor saturado abaixo, quais as condições de temperatura e 
pressão que levarão o vapor saturado ter uma entalpia de líquido saturado 
igual a 113,1kJ/kg? Para estas condições, que valores de Energia Interna, 
Entalpia e Volume específico de vapor saturado terá? 
Resposta: T=300,15K; p=3,564kPa; U=113,1kJ/kg; H=2550,9kJ/kg; Ѵ = 38810cm3/kg. 
 
 
 
2) Determinar a pressão e o volume ocupado por 500 kg de água no estado 
líquido saturado, em um tanque rígido, sabendo que a temperatura da água 
é mantida a 41,5°C. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Resposta: p= 40bar; V=0,50m3. 
 
3) Determinar a vazão de vapor necessária em um evaporador para produção 
de suco concentrado, sabendo que nele é alimentada uma solução com 20% 
de sólidos a 25°C com vazão mássica de 120kg/min. É sabido também que o 
vapor de aquecimento do evaporador entra como vapor saturado e sai como 
líquido saturado. É condição do processo que saia do evaporador, como 
corrente de topo, vapor com 100% de fração líquida e como produto de 
fundo, um suco de com 45% de sólidos. Demais dados se encontram no 
diagrama de bloco do evaporador abaixo. A temperatura de ebulição é de 
120 °C. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Resposta: V = 66,67 kg/min; P = 33,33 kg/min; W = 89,55 kg/min 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Aula 3. Operações Unitárias. 
Exercícios resolvidos: 
 
1) Determinar as vazões em um sistema de evaporadores múltiplos cuja finalidade é 
concentrar uma solução com 15% de sólidos até 56%de sólidos. Também determinar 
a vazão de vapor da caldeira que será usado para aquecer a solução do primeiro 
evaporador. Os dados são fornecidos no Diagrama de Blocos abaixo. 
 
 
Resolução comentada: esse exercício trata de um balanço de massa e de energia, através do 
qual se obterá a vazão de vapor necessária na serpentina para a concentração do suco 
concentrado no evaporador, mais as vazões de produtos concentrados e de vapor de água 
gerados em cada evaporador da planta de evaporação por múltiplos efeitos. 
Portanto: No primeiro sistema serão aplicadas as expressões de balanço de massa para 
determinação das vazões de vapor gerado e produto concentrado, bem como será aplicada a 
expressão de balanço de energia para determinar o fluxo de vapor na serpentina. No segundo 
apenas o balanço de massa. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Assim: 
- Balanço de massa Sistema 1: 
 A = V + P 
A . xSA = V . xSV + P . xSP 
250. 0,15 = V. 0 + P. 0,27 P = 138,9 kg/min 
250 = V + 138,9 V = 111,1 kg/min 
- Balanço de energia Sistema 1: 
 A . HA + W . HW = V . HV + P . HP + W . HL 
 250 . 205 + W . 2714,4= 111,1 . 2697,2 + 138,9 . 238 + W . 529,2 
 51250 + W . 2714,4 = 299658,9 + 33058,2 + W . 529,2 
 W (2714,54 - 529,2) = 299658,9 + 33058,2 – 51250 
 W = 281467,1 / 2185,3 = 128,8 kg/min 
 - Balanço de massa Sistema 2: 
 P = V1 + P1 
P . xSP = V1 . xSV1 + P1 . xSP1 
138,9. 0,27 = V. 0 + P1. 0,46 P1 = 81,52 kg/min 
138,9 = V +81,53 V1 = 57,37 kg/min 
 
2) Sabendo que um secador é alimentado com 1000 kg/h de lodo úmido contendo 20% de 
água, determinar as vazões de vapor e de produto seco, sabendo que o produto final 
conterá 4% de umidade. Determinar também a porcentagem de água retirada do lodo. 
 
 
Resolução comentada: esse exercício trata de um balanço de massa, através do qual se obterão 
as vazões de vapor de vapor e de produto de fundo produzidos. Depois bastará fazer a relação 
entre a quantidade de água retirada como vapor e a quantidade de água presente no sólido 
úmido, para obter a porcentagem de água retirada. 
 
 
 
 
Portanto: Serão aplicadas as expressões de balanço de massa para determinação das vazões de 
vapor gerado e produto concentrado. O quociente entre o vapor gerado e a massa de água de 
entrada no lodo fornecerá a porcentagem de água retirada do sólido. 
Assim: 
 L . xsL = V. xSV + P. xSP 
 L = V + P 
 1000. 0,8 = V. 0 + P. 0,96 P = 833,33 kg/h 
 1000 = V + 833,33 V = 166,67 kg/h 
 
 %𝐻2𝑂 = 
𝑉
𝐿.𝑥𝐿𝐿
 %𝐻2𝑂 = 
166,67
1000. 0,2
= 0,83 = 83% 
 
3) Determinar a alimentação de um secador sabendo que madeira com 18% de umidade é 
alimentada e a produção deve ser de 3 ton/mês de madeira seca. O secador tem 
capacidade média de retirar 75% de água. Determinar também a umidade da madeira 
seca. 
 
 
 
Resolução comentada: esse exercício trata de um balanço de massa e a relação entre a 
quantidade de água retirada como vapor e a quantidade de água presente no sólido úmido, para 
obter, através de sistemas de equação, a alimentação. Depois usaria o balanço de massa em 
função da fase líquida para obter a umidade na madeira seca. 
 Assim: 
 me = V + ms V = me – 3 
 
 
 
 
 
 
 
%𝐻2𝑂 𝑟𝑒𝑡 = 
𝑉
𝑚𝑒 . 𝑥𝑙𝑒
 
 
0,75 = 
𝑚𝑒 − 3
𝑚𝑒 . 0,18
 
me. 0,18. 0,75 = me – 3 
me. 0,135 = me – 3 
me. 0,135 – me = -3 
me. (0,135 – 1) = -3 
me. – 0,865 = -3 me = -3/ -0,865 me = 3,47 ton 
 
me = V + ms 3,47 = V + 3 V = 0,47 ton 
 
me. xLe = V. xLV + ms. xLS 
3,47 . 0,18 = 0,47. 1 + 3. xLs 
xLS = 0,05 
 
 
 
Aula 5. Fundamentos de Instrumentação e Controle. 
Exercícios resolvidos: 
1) Determinar a pressão absoluta para um manômetro instalado em um vaso de pressão 
que mede um valor de pressão de 3 bar, sabendo que a pressão atmosférica local é 1 
atm. 
 
 
 
 
 
Resolução comentada: esse exercício trata da aplicação direta do conceito de pressão 
absoluta e sua relação com a pressão manométrica e atmosférica: 
 
pabs = patm + pman 
 
Portanto: basta aplicar a expressão, levando em conta que todas as pressões devem estar 
na mesma unidade e que pressões acima da atmosférica são pressões positivas e pressões 
abaixo da atmosférica (vácuo) são negativas. 
 
Assim: 
 pabs = patm + pman pabs = 1 + 3 . 1,02 = 4,06 atm 
 
2) Determinar a pressão absoluta para um manômetro instalado em um vaso de 
pressão que mede um vácuo de 2,5 x 105 Pa sabendo que a pressão atmosférica local 
é 1 atm. 
Resolução comentada: esse exercício trata da aplicação direta do conceito de pressão 
absoluta e sua relação com a pressão manométrica e atmosférica: 
 
pabs = patm + pman 
 
Portanto: basta aplicar a expressão, levando em conta que todas as pressões devem estar 
na mesma unidade e que pressões acima da atmosférica são pressões positivas e pressões 
abaixo da atmosférica (vácuo) são negativas. 
 
Assim: 
 
 
 
 
 pabs = patm + pman pabs = 1 - 2,5 x 105 . 1,02 x 10-5 = - 1,55 atm 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3) Determinar o ganho para o medidor de temperatura em função do gráfico abaixo, 
sabendo que se trata de um transmissor de 3,5mA até 35mA e que o 3,5mA está ajustado 
para 25°C, com alcance de 225°C: 
 
 
 
 
 
Resolução comentada: esse exercício da determinação do ganho de sinal em função da 
temperatura, que é obtido pela semelhança de triângulos. 
 
 
 
 
 
Portanto: por semelhança de triângulos teremos o ganho determinado pela divisão da 
variação do sinal em mA pela variação de temperatura em °C. 
 
Assim: 
 KM = 
35−3,5
250−25
= 0,14
mA
°𝐶