Atividade 04_Balanço de massa

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ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA HIDRÁULICA E AMBIENTAL 
PHA 3101-Introdução à engenharia ambiental 
Prof. José Carlos Mierzwa (mierzwa@usp.br) 
Prof. Rachel B. Costa (rachel.costa@usp.br) 
 
 
 
 
ATIVIDADE 04 
LISTA DE EXERCÍCIOS DE BALANÇO DE MASSAS E ENERGIA 
 
1) Determinada suspensão contendo 9% em massa de sólidos deve ser filtrada em um 
filtro-prensa. O filtro é operado de modo que a vazão alimentada ao filtro é constante e 
igual a 3,0 kg.min-1. A torta retida no filtro tem 40% em massa de sólidos e sua densidade 
é de 2,5 g.cm-3. Considerando que todos os sólidos são retidos, calcule a vazão mássica 
efluente do filtro. Sabendo que a capacidade volumétrica de retenção do filtro é de 0,054 
m3, após quanto tempo o filtro deve ser limpo? 
Qsaída = 2,325 kg/min ; t = 200 min 
2) Uma termelétrica produz 1000 MW de eletricidade queimando combustível que 
possui 2800 MW de energia. Perde-se 340 MW como calor, e os 2460 MW restantes são 
utilizados para mover as turbinas que alimentam o gerador de eletricidade. No entanto, a 
eficiência térmica das turbinas é de apenas 42%. Ou seja, 42% da energia que move as 
turbinas e usado para alimentar o gerador, e o restante (58% de 2460 = 1430 MW) será 
dissipado como calor que precisa ser removido na torre de resfriamento. Considere que a 
água para resfriamento é captada de um corpo hídrico próximo, com vazão de 100 m3/s. 
Qual será o aumento da temperatura da água do rio com a adição do calor dissipado? 
Dados adicionais: ρágua = 1000 kg/m3; c = 4.184 J/kg.oC 
ΔT = 3,4oC 
3) Qual deve ser a eficiência de uma estação de tratamento de esgoto que lança seu 
efluente em um rio de vazão Qrio = 0,651 m3/s, DBO: 2,0 mg O2/L. Considere que a vazão 
de esgoto é de 0,114 m3/s, a concentração de matéria orgânica (medida como DBO) é 341 
mg O2/L e que a concentração final no rio não pode ultrapassar 5,0 mg O2/L. Para efeito 
de cálculo, considere apenas o efeito de diluição, e desconsidere as reações de degradação 
da matéria orgânica no rio. 
η = 93,5% 
4) Um reator de mistura perfeita é utilizado para tratar um resíduo industrial 
utilizando uma reação que “destrói” o poluente seguindo cinética de primeira ordem com 
constante de velocidade (k) de 0,216 dia-1. O volume do reator é 500 m3 e a vazão 
volumétrica do despejo é de 50 m3/dia. Sabendo-se que a concentração do poluente na 
corrente de descarga da indústria é 100 mg/l, descubra qual é a concentração após o 
tratamento. Qual a eficiência do sistema (grau de conversão)? 
Cfinal =31,64 mg L-1; η = 68,4% 
5) Qual seria o volume do reator do exercício anterior se ele fosse modelado segundo a 
idealidade hidrodinâmica de PFR? 
VPFR = 266,7 m3 
6) Suponha que a velocidade de absorção de etanol no trato gastrointestinal para a 
corrente sanguínea é uma reação de primeira ordem com k1=10 h-1. 
(a) Se você tomar duas grandes doses duplas de uísque imediatamente após chegar a um 
bar, qual será a concentração máxima de etanol no sangue? 
1,1 g etOH/Lfluido 
(b) Suponha que você precise sair do pub assim que terminar as duas tacadas. Quantos 
minutos você teria para chegar ao seu destino sem estar legalmente embriagado? 
t = 0,67 h ou 40 minutos aproximadamente 
 Dados adicionais: 
o considere que o limite legal é de 0,8 g de etanol por litro de fluido corporal. 
o Uma grande dose dupla de destilados (40% ABV, por exemplo, uísque) é 
equivalente a 2,8 unidades de álcool. 
o Uma unidade de álcool equivale a 10 ml (7,89 g) de etanol. Suponha que o volume 
de fluido corporal seja de 40 litros. 
o Exemplo baseado em dados de [Fogler 05]. Aviso: não tente fazer isso em casa! 
 
DICAS: 
 Para calcular eficiência, considerem a expressão, em que η é a eficiência: 
𝜂(%) =
𝐶𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 − 𝐶𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙
𝐶𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙
× 100 
 Para resolução do exercício 6, adotar que a concentração inicial de etanol no 
corpo é de 0,001 mgL-1.