Aula 2 int processos da ind quimica (principais variaveis)

Prévia do material em texto

AULA 2 
 Introdução aos Processos na Indústria 
Química 
 
PRINCIPAIS VARIÁVEIS 
DE PROCESSOS 
Profa. Dra. Letícia Araújo Vasconcellos 
E-mail: leticiaav@unisinos.br 
 
2 
Principais Parâmetros na Descrição 
 das Correntes de Processo 
Descrevem as condições operacionais das 
correntes de processo 
Realização de balanços de massa 
Densidade (ρ) 
• É a relação da sua massa e o volume por ela 
ocupado. 
 
 
• Densidade de gases está em função da pressão 
(P) e da temperatura (T); 
• Líquidos e sólidos têm Δρ tb com P e T, mas 
esta Δρ é + importante nos gases. 
3 
Densidade (ρ) 
 
 
4 
Líquidos e 
sólidos 
consideram-se 
que a ρ varia 
com a 
temperatura 
Podem ser 
considerados 
incompressíveis 
Misturas → ρ 
varia com P, T e a 
composição. 
Densidade (ρ) 
• Um exemplo são para gases que se comportam como 
gases ideais: 
 
 
Onde: 
P = pressão; 
M = massa molar da substância; 
R = const. universal dos gases; 
T = temperatura. 
• Equações que representam as equações de estado. 
5 
Volume Específico (Ve) 
• O volume específico (Ve) é o inverso da 
densidade → + utilizado para gases. 
 
 
• A ρ e/ou Ve → usados como fatores de 
conversão para relacionar a massa com o 
volume. 
6 
Densidade Relativa (ρr) 
• É a razão entre a densidade (ρ) e a densidade de uma 
substância de referência em uma específica de T e P 
(ρref). Definida por: 
 
 
 
• Fluido de referência é utilizado em função do estado 
físico que expressa a densidade relativa. 
1. Sólidos e líquidos ⇒ H2O a 4
oC; 
2. Gases ⇒ ar. 
7 
• Vazão = Taxa de matéria transportada através de 
uma linha ou corrente; 
• Vazão pode ser: 
– Vazão mássica (massa/tempo) - kg/s; 
– Vazão volumétrica (volume/tempo) - m3/s; 
– Vazão molar (mols/tempo) - mol/s; 
• As vazões mássica (m) e volumétrica (V) estão 
relacionadas da mesma forma que a massa com 
o volume = densidade. 
ρ = m/V 
8 
Molécula-Grama (mol) 
1. Massa atômica: massa de um átomo expressa em unid. de 
massa atômica (u). Ex.:12C tem massa atômica = 12 u; 
2. Átomo-grama: é a massa atômica de um elemento em 
gramas = nº de Avogadro (NA=6,02 x 1023 átomos); 
3. Massa Molecular: expressa em unid. de massa atômica = 
soma das massas atômicas dos átomos que formam a 
molécula; 
4. Molécula-grama (mol): quantidade de subst. cuja massa 
será = a sua massa molecular. 1 mol(qualquer subst.) tem 
6,02 x 1023 moléculas. 
9 
• Outras unidades utilizadas são: 
• kgmol 1 kg = 1000 mols; 
• lb-mol nos sistemas que utilizam a libra como 
unidade de massa. 
• 1 kgmol contém 1000 x NA moléculas e tem 
uma massa 1000 x maior do que o mol; 
• Então, 1 lb-mol tem uma massa 453,5 x maior 
do que um mol (1 lb = 453,5 g). 
10 
Massa Molecular 
• Massa molecular é usada como fator de 
conversão, relaciona massa e nº de moles (n). 
 
 
 
• É utilizada para transformar vazões molares 
em mássicas e vice-versa. 
11 
12 
Frações & Porcentagens 
São três as frações utilizadas: 
1. Fração Molar: zA do componente A, de uma 
mistura é definida na forma: 
 
 
 
Onde: 
n = nº total de moles na mistura 
ni = nº de mols da substância i. 
13 
2. Fração Mássica: 
 
 
3. Fração Volumétrica: 
14 
• Somatório de todos os componentes da 
mistura é igual a um. 
• As frações molares (Zi), mássicas (Wi) e 
volumétricas (Vi): 
 
 
 
• Podem ser apresentadas em porcentagens: 
 
 
Porcentagem = fração x 100. 
15 
Massa Molecular Média 
• Definição matemática de massa molecular 
média da mistura: 
 
 
• Tem o mesmo significado com misturas e com 
substâncias puras. 
16 
17 
• Concentração molar em gmol/L (grama-mol de 
soluto por litro de sol.) = molaridade. 
18 
III. Molalidade: É a forma de expressar a 
concentração em conjunto informações 
mássicas e molares. 
 
 
 
OBS.: Molalidade é uma forma de expressar a 
concentração MUITO POUCO UTILIZADA EM 
CÁLCULOS da engenharia de processos químicos. 
19 
Partes por 
milhão (ppm) 
Representa 1 parte 
em massa do soluto 
em 1 milhão de 
partes da solução. 
Utilização: 
concentrações 
em soluções 
muito 
diluídas. 
20 
Pressão (P) 
• Razão entre a força (F) e a área sobre a qual ela 
atua (A). 
 
 
 
• Um fluido escoando no interior de uma tubulação; 
• A pressão em um ponto pode ser medida através 
do diâmetro do tubo. 
Vasos de Pressão: https://www.youtube.com/watch?v=1FKgWe-n2JM 
Botijão de gás: https://www.youtube.com/watch?v=YWWbTaPBwvI 
 
21 
Pressão (P) 
Para não ter vazamento no tubo, 
devemos exercer uma determinada 
força; 
Esta força é equilibrada pela força que o 
fluido que está escoando; 
Assim, a pressão do fluido em 
escoamento é dada pela razão entre esta 
força e a área da secção reta deste tubo. 
22 
Pressão (P) 
23 
Pressão (P) 
• A medição da pressão é análoga; 
• São utilizados dispositivos (manômetros) que 
determinam a pressão através de medições 
indiretas; 
• Estes parâmetros podem ser: 
• Altura da coluna de líquido; 
• Giro do ponteiro acoplado à um dispositivo mecânico 
- transforma a pressão em movimento giratório, etc.. 
24 
Coluna de Fluido 
Quantidade de fluido (ρ) no interior de um recipiente 
cilíndrico; 
Força que este fluido exerce sobre o fundo do recipiente 
 determinada pela soma da F (em atm.)  exerce 
sobre a sua superfície + peso do fluido no interior; 
Dividindo todas as parcelas pela área do recipiente 
obtemos a pressão. 
25 
26 
• Para a conversão das unidades (mmHg, mH2O, 
etc) para as unidades tradicionais de pressão 
(Pa, dina/cm2, etc) são encontrados em 
tabelas e a sua determinação está baseada 
em: 
 
27 
Pressão Atmosférica (Patm) 
Também chamada de 
pressão barométrica, é a 
pressão exercida pela 
atmosfera sobre os 
corpos; 
É a P exercida pela 
coluna de ar atmosférico 
sobre uma superfície. 
28 
São duas estas formas 
de Expressar a Pressão: 
Pressões Absolutas: Pabs : 
Medidas em relação ao vácuo 
absoluto: Pabs=0. 
Pressões Relativas: Prel ou 
Pressões manométricas: São 
valores dados pelo valor local 
da Patm. 29 
 Assim, a relação entre a Pabs e Prel é dada por: 
 
 
 
 
• Prel = 0, então Pabs = Patm. 
 
• Prel < 0, então Pabs < Patm, e diz-se que há vácuo 
no local onde a pressão esta sendo medida. 
30 
• A pressão deve sempre ser expressa no referencial absoluto 
(Pabs); 
• Quando a grandeza envolve diferença de pressão não 
precisa utilizar pressões absolutas, pois o tamanho das 
unidades é o mesmo: 
ΔPabs = ΔPrel 
 No Sistema Americano de Engenharia é comum a indicação 
na representação da unidade de pressão do seu referencial. 
Assim, tem-se: 
P(psia) = P(psig) + Patm 
Onde: 
Psia = unidade de pressão absoluta e 
Psig = unidade de pressão relativa. 
31 
EXERCÍCIOS 
 1. Sabendo que a densidade do tetracloreto de carbono 
(CCl4 - Nome IUPAC: Tetraclorometano) é igual a 1,595 
g/cm3, qual a massa de 20 cm3 de tetracloreto? E o 
volume de 6,2 lbm ? RESP.: V = 1765 cm3 
2. O valor da ρr de um líquido A é igual a 2. Qual é a 
densidade (ρ) deste líquido? RESP.: A/ref = 124,86 lbm/ft
3 
3. Seja a amônia (NH3), que possui massa molecular igual a 
M = 17 g/mol. Quantos moles ou mols de amônia há em 
34 kg da substância? Qual a massa de 4 lb-mol de amônia? 
 RESP.: m ≈ 30,84 g 
 
 
 
32