Balanço de massa

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1 - Uma unidade industrial deverá empregar etileno como refrigerante. O trocador de calor de 
refrigeração receberá 100 kg/h de etileno líquido a uma pressão de 30 bar. Na entrada do 
trocador a pressão é reduzida para 5 bar. Calcular a carga térmica do trocador, de forma que 
80% do etileno alimentado passe para o estado de vapor. 
∆� + ∆�� + ∆�� = � +	 
� = ∆� = 
��
� ∙ ℎ�
� +��í� ∙ ℎ�í�� − ���� ∙ ℎ��� 
� = ∆� = �80��ℎ ∙ 894,1�!�� + 20��
ℎ ∙ 467,8�!�� % − 100��
ℎ ∙ 633,0�!�� = 17584�!/ℎ 
2 – Uma vazão de 4500 kg/h de leite é aquecido de 5°C até 60°C em um trocador de calor. Qual 
a quantidade de calor deve ser transmitida ao leite? Cp = 0,916 kcal/kg.K? 
� = �)�∆* = �4500��ℎ %�0,916�+,-�� ∙ .% /55.0 = 226710�+,-
ℎ ,	 
+2345675382	9,6,	!2:-5;: 
226710�+,-
ℎ �1000+,-�+,- % �4.184>+,- % = 948554640>
ℎ , 948554,64	�>/ℎ 
 
3 – Uma chaleira elétrica com um litro de água a 20°C foi conectada a eletricidade. Calcule o 
tempo que a água começará a ferver? Qual o tempo que o apito a chaleira permacerá 
apitando? Sabendo-se que o metal da chaleira equivale a 200 +�? de água, e que a potência 
da resitência de aquecimento é de 1250 W. 
200+�? − 0,2- − 0,2��, ,;;@�, 1�� + 0,2�� = 1,2	�� 
∆� + ∆�� + ∆�� = � +	 
� = ∆� = �)�∆* = /1,2��0 �1�+,-�� ∙ .% /80�0 = 96�+,- 
96�+,- �1000+,-�+,- % �4,184>1+,- % = 401664> 
Sabendo que potência P=Q/T, temos: 
* = �
A = 401664>
1250>/; = 321,33; 
Tempo para o apito: 
� = ∆� = �
ℎ�
�BCC°E − ℎ�í�BCC°E� = 1�� �2767,0�>�� − 419,1�>
�� % = 2256,9�> = 2256900> 
* = �
A = 2256900>
1250>/; = 1850,52; 
4 – Uma caldeira produz 1000 kg/h de vapor saturado a uma pressão de 3 kgf/+�F (294,19 
kPa). A caldeira é alimentada com água a 25°C e com 800 kg/h de condensado a 120°C, que 
retorna ao processo. Calcular a carga térmica (calor cedido à caldeira) para a produção do 
vapor desejado. 
Massa da água: �áHI
 = 1000 + 20 − 800 = 220�� ℎ⁄ 
∆� + ∆�� + ∆�� = � +	 
� = ∆� = 
� ∙ ℎ� +� ∙ ℎ�� − /� ∙ ℎ
 +� ∙ ℎ�0 
� = �1000��ℎ ∙ 2722,6�>�� + 20��
ℎ ∙ 563,4�>�� % − �220��ℎ ∙ 104,8�>�� + 800��
ℎ ∙ 503,7�>�� %
= 2307852�>/ℎ 
5 – Um evaporador é alimentado com 5000 kg/h de uma solução de açúcar em água a 15°C em 
massa de açúcar a 90°C. A solução é concentrada até 60% em massa de açúcar, com o sistema 
operando a 59,7°C. Supondo que o vapor deixa o evaporador na forma de vapor saturado, 
determine a carga térmica de aquecimento da unidade. 
A – Tabela de vapor saturado em anexo; 
B – Calor especifico das soluções de açúcar a 15% - 0,8 kcal/kg.°C ; a 60% - 0,6 kcal/kg.°C 
Supor entalpia de dissolução do açúcar igual a zero. 
K���L
 = KM
N → P = Q + ) → P ∙ RS = QRT + )RE ; QRT = 0 
5000��
ℎ ∙ 0,15 = ) ∙ 0,60 → 750��
ℎ = 0,60) → ) = 1250��/ℎ 
P = Q + ) → P − ) = Q → 5000 − 1250 = Q → Q = 3750��/ℎ 
∆� + ∆�� + ∆�� = � +	 → � = ∆� 
15% → ℎ = )�
*W − *N� = 0,8�+,-
�� °) ∙ 90°) = 72�+,-/�� 
60% → 	ℎ = )�
*W − *N� = 0,6�+,-
�� °) ∙ 59,7°) = 35,82�+,-/�� 
� = /) + Q0 − P = /�� ∙ ℎ� +�� ∙ ℎ�0 − /�W ∙ ℎW0 
� = /1250�� ℎ⁄ ∙ 35,82�+,- ��⁄ + 3750�� ℎ⁄ ∙ [2608,0 ∙ 10? > ��⁄
∙ /1 +,- 4,184>0] − 5000�� ℎ⁄ ∙ 72 �+,- ��⁄ = 2,02 ∙ 10Z⁄ �+,- ��⁄ 
 
6 – Em um processo semi-contínuo, batatas são descascadas através da aplicação de vapor 
d’água. O vapor é alimentado a razão de 4 kg por 100 kg de batatas com cascas. Elas entram 
no sistema a 17°C e as batatas descascadas saem a 35°C; além das batatas descascadas, sai 
uma correente resídual a 60°C. Os calores específicos das batatas com casca, da corrente e das 
batatas sem casca são respectivamente (3,7; 4,2; 3,5)kj/kg.K. Se o calor específico do vapor 
(considerando 0°C como temperatura de referência) é 2750kJ/kg, calcule as correntes residual 
e das batatas descascadas que saem do processo. 
∆� + ∆�� + ∆�� = � +	 → � = ∆� 
[5382	ℎ = )�
*W − *N�, 75�2;: 
ℎ�� = 3,7 �> ��.⁄ /290.0 = 1073�> ��.⁄ 
ℎM� = 3,5 �> ��.⁄ /308.0 = 1078�> ��.⁄ 
ℎL = 4,2 �> ��.⁄ /333.0 = 1398,6�> ��.⁄ 
ℎ� = 2750�> ��.⁄ 
Fazendo � = �ℎ\� +�� → � = 100 ∙ 1073 + 4 ∙ 2750 → � = 118300 
Substituindo em � = /]M + ]M − ]� − Q0 − /]� + Q0 
118300 = ]M ∙ 1078 + ]M ∙ 1078 − 100 ∙ 1073 − 4 ∙ 2750 − /100 ∙ 1073 + 4 ∙ 27500 
118300 = ]M4312 − 107300 − 11000 − 107300 + 11000 
]M = 27,43�� ℎ⁄ 
Para o residuo:	]� + Q = ]M + ^ → 100 + 4 = 27,43 + ^ → ^ = 76,57�� ℎ⁄ 
7 – Um líquido é bombeado a uma vazão de 2000 kg/h a 30°C, onde é aquecido até 70°C. A 
água do processo entra a 95°C. O calor específico do líquido fermentado é igual a 
Com=0,966kcal/kg.K. Calcule a quantidade de água necessária para o processo de 
resfriamento. 
� = �)�∆* → � = /200�� ℎ⁄ 0/0,966�+,- ��°)⁄ 0/40.0 → � = 77280�+,- ℎ⁄ 
Calculando a massa de água:� = �)�∆* → 77280�+,- ℎ⁄ = �/1�+,- ��.0/15.0⁄ →
�áHI
 = 5152�� ℎ⁄ 
8 – Calcule a quantidade de calor para produzir 1500 kg/h de vapor saturado a 10 atm a partir 
de água a 15°C. Supondo que a caldeira tenha uma eficiência de 90%. Calcule quantos kg de 
carvão mineral são necessários para a produção de vapor, sabendo que o poder calorífico do 
carvão é de 8100 kcal/kg. 
5_@+@ê3+@, = �,;;,	82	;2-45375 �,;;,	82	54,926,82⁄ → 0,9 = �. ;2- 1500��/ℎ⁄
→ �. ;2- = 1350�� ℎ⁄ 
� = �ℎ� −�ℎ
 → 1500 ∙ 2776,3 − 1350 ∙ 62,94 → � = 4079841�> ℎ⁄ 
Massa de carvão: 8100 a�
�
aH bBCCC�
�a�
� c bd,Bedf�
� c = 33890,4�> ��⁄ 
� = �)� → 4079481 = � ∙ 33890,4 → � = 120,37�� 
 
9 – Deseja-se resfriar um puré de 80°C até 25°C. Para isso, usa-se água a 8°C a qual se aquece a 
20°C. Se a quantidade de puré a ser resfriada for de 500l/h. Qual a quantidade de água? O 
calor específico do puré de ervilha Cp=0,91kcal/kg°C. 
� = �)�∆* → 500 - ℎ⁄ /0,91�+,- ��º)055°) = 25025�+,- ℎ⁄⁄ 
Para massa de água: 
� = �)�∆* → 25025 = � ∙ 1 �+,- ��°)⁄ ∙ 12°) → � = 2085,41�� ℎ⁄