LISTA 2 DE BALANÇOS DE MASSA E ENERGIA- VARIÁVEIS DE PROCESSO

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA - CAMPUS BLUMENAU 
Curso de Engenharia Têxtil 
Disciplina de Balanços de Massa e Energia 
Profa Cintia Marangoni 
Lista de exercícios - Processos e Variáveis
 
1. Sobre mol e massa molar 
a. Quantas libras de NAOH estão em 7,5 g mols de NaOH? 
b. Quantos kg de etano estão em 220 kmol? 
 
 
2. A maioria dos processos para produção de um gás com alto teor energético ou gasolina a partir de carvão 
inclui algum tipo de gaseificação para fazer hidrogênio ou gás de síntese. Dado que 50 kg de uma corrida 
de teste de um gás fornecem uma média de 10% de H2, 40% de CH4, 30% de CO e 20% de CO2, qual é a 
massa molar média do gás? 
 
 
 
3. Considere um gás contendo O2 (20%), N2 (78%) e SO2 (2%) e encontre a composição do gás em uma 
base livre de SO2 (sem SO2 nele). 
 
 
 
 
4. Calcule a massa específica de mercúrio em lbm/ft
3
 a partir da densidade relativa (13,546), e calcule o 
volume em ft
3
 ocupado por 215 kg de mercúrio. 
 
 
 
5. Calcule a composição mássica e molar da solução aquosa de cloreto de sódio que foi preparada: 
a. Dissolvendo-se 20 kg de NaCl com 100 kg de água; 
b. Dissolvendo-se 20 kg de NaCl em água para formar 100 kg 
de solução; 
 
 
 
6. A massa específica de um cubo de cobre de 20 mm de aresta e massa específica de 8,43 g/cm
3
? 
Dica: pesquise o volume de um cubo 
 
 
 
7. A massa específica de um fluido é 2.000 kg/m
3
 Determine o seu peso específico e o seu peso específico 
relativo. Dado g = 9,8 m/s
2
. Repita os cálculos para obter uma resposta em lbf/ft
3
 
Atenção: Peso específico () é a relação entre o peso (P) de um dado fluido e seu volume. O peso (P) 
pode ser calculado pelo produto da massa pela aceleração da gravidade. O conceito de peso 
específico relativo segue o da densidade relativa, sendo a relação entre o peso específico de uma 
substância e o da água para fluidos. Em condições padrão (1 atm e 25 
o
C, o peso específico da água é 
água  10.000 N/m
3
) 
Respostas: 
a) 0,661 lb 
b) 6600 kg 
𝑀𝑀 = 23,8 𝑘𝑔/𝑘𝑚𝑜𝑙 
Resposta: 
Resposta: 
Componente y(livre SO2) 
O2 0,2 
N2 0,8 
 1,0 
Resposta: 
V = 0,56 ft
3
 
Respostas: 
a) xNaCl = 0,166 e x H2O = 0,8334 
yNaCl = 0,0579 e yH2O = 0,9411 
b) xNaCl = 0,2 e x H2O = 0,8 
yNaCl = 0,071 e yH2O = 0,929 
Resposta: 
m = 67,44 g 
Respostas: 
 = 19600 N/m
3
 
rel = 1,96 
 = 124,67 lbf/ft
3
 
rel = 1,96 
 
 
8. A viscosidade cinemática () de um óleo é 0,04 m
2
/s e o seu peso específico relativo é rel = 0,81. 
Determine a viscosidade dinâmica em unidades dos sistemas SI e CGS. Qual seria o valor em dina.s/cm
2
? 
Atenção: A viscosidade cinemática consiste na relação entre a viscosidade dinâmica () e 
massa específica (). 
 
 
 
 
 
9. Um tanque quadrado (base 100 cm, comprimento 100 cm e altura 80 cm) recebe água com vazão de 2 L/s. 
Inicialmente o tanque está vazio. Calcule o tempo que levará para o tanque encher e a massa de água do 
tanque cheio. 
 
 
 
10. Em uma tubulação de diâmetro 10 cm, a velocidade de escoamento de água é de 4 m/s. A água ocupa 
todo o volume interno da tubulação. Qual a vazão mássica? 
Dica: pesquise a área de uma circunferência. 
Atenção: a vazão volumétrica também pode ser definida como o produto da área pela velocidade de 
escoamento. 
 
 
11. O medidor de pressão de um tanque de CO2 usado para encher garrafas de refrigerante mostra a leitura 
de 51 psi. Ao mesmo tempo um barômetro lê 28 inHg. Qual é a pressão absoluta dada em psia no tanque? 
 
 
 
12. Na medida de vazão de um fluido em uma tubulação através de um orifício, como mostrado na figura, com 
um manômetro usado para determinar a diferença de pressão na placa de orifício, a vazão pode ser 
calibrada com a queda (diferença) de pressão observada. Calcule a queda de pressão em Pa para a leitura 
estacionária do manômetro. 
 
 
 
 
 
Resposta: 
pabs = 64,8 psia 
Resposta: 
p1-p2 = 21,6 Pa 
Respostas: 
 = 33,06 Pa.s 
 = 330 P 
 = 330 dina.s/cm
2
 
Respostas: 
t = 400 s 
m = 800 kg 
Resposta: 
𝑚 = 31,415 kg/s 
 
 
13. Uma solução aquosa 0,5 molar de ácido sulfúrico entra em uma unidade de processo com uma vazão de 
1,25 m
3
/min. A densidade relativa da solução é 1,03. Calcule: 
a. A concentração mássica de H2SO4 em kg/m
3
 
b. A vazão mássica de H2SO4 em kg/s 
c. A fração mássica de H2SO4 
 
 
14. Um composto sólido contém 42,11% de C, 51, 46%de O e 6,43% de H. Sua massa molar é cerca de 341. 
Qual a fórmula para o composto? 
 
 
15. A massa específica de uma certa solução é 8,8 lb/galão a 80 
o
F. Quantos pés cúbicos serão ocupados por 
10.010 lb dessa solução a 80 
o
F? 
 
 
 
 
16. Calcule as frações mássicas e molares dos respectivos componentes em NaClO3 
 
 
 
 
 
 
17. Você compra um tanque com um volume de 2,1 ft
3
. Você bombeia o tanque e adiciona primeiro 20 lb de 
gás CO2 e então 10 lb de gás N2. Qual é a análise da mistura gasosa no tanque (fração molar)? 
 
 
 
 
 
18. Uma mistura equimolar de gases contém etileno (C2H4), etano (C2H6) e propano (C3H8). Calcule as frações 
mássicas dos componentes da mistura e a massa molar média da mesma. 
 
 
 
 
19. Óleo (densidade relativa de 0,8) escoa por uma tubulação de 6 in de diâmetro com velocidade de 56,7 ft/s. 
Qual é a vazão volumétrica do óleo em m³/s e mássica em kg/s? 
Lembre-se do exercício 10: a velocidade média de escoamento de um fluido por uma seção 
transversal de uma tubulação consiste na razão entre a vazão volumétrica e a área 
 
 
 
Respostas: 
a) CH2SO4 = 49 kg H2SO4/m
3
 
b) 𝑚 H2SO4 = 1 kg H2SO4 /S 
c) 𝑥 H2SO4 = 0,048 
Resposta: 
C12O11H22 
Resposta: 
V= 151,91 ft
3
 
Resposta: 
𝑥Na = 0,21 
𝑥Cl = 0,33 
𝑥O = 0,453 
Resposta: 
𝑦N2 = 0,44 
𝑥CO2 = 0,56 
𝑀𝑀 = 33,966 𝑔/𝑚𝑜𝑙 
Respostas: 
xetileno = 0,2745, 
xetano = 0,2941 
xpropano = 0,4314 
Resposta: 
Q = 0,315 m
3
/s 
𝑚 = 252 kg/s 
 
 
20. Determine: 
a. A vazão molar de CO2 que flui em um sistema a uma taxa de 100 kg/h 
b. O número de mols de átomos de oxigênio em 100 g de CO2 
 
 
21. Uma mistura contém 10 % de álcool etílico (C2H6O), 75 % de acetato de etila (C4H8O2) e 15 % de ácido 
acético (CH3COOH) em base molar. Calcule a massa em kg de uma amostra dessa mistura que contenha 
25 kmols de acetato de etila. 
 
 
 
22. Dado o valor da pressão de 340 mmHg na escala relativa, determine seu valor na escala absoluta nas 
unidades de kPa e atm, e na escala relativa (manométrica) em atm. 
 
 
 
23. Óleo (massa específica igual a 0,91 g/cm
3
) escoa em um tubo e a vazão volumétrica é medida via um 
manômetro de mercúrio (fluido manométrico, massa específica igual a 13,546 g/cm
3
). Se a diferença na 
altura das duas pernas no manômetro for 0,78 polegada, qual será a diferença de pressão 
correspondente? 
 
 
24. Em uma planta com múltiplos evaporadores, o segundo é mantido sob vácuo com 455 mmHg. Encontre 
a pressão absoluta em kPa. 
 
 
 
25. Considere um equipamento dotado de uma saída para respiro (alívio). Se este equipamento estiver em 
um ambiente onde patm = 1 atm e internarmente for aplicado ao equipamento (tanque) uma pressão de 
2 atm, qual o valor da pressão efetiva e da pressão absoluta? 
 
Respostas: 
a) 𝑛 = 2,27 𝑘𝑚𝑜𝑙/ℎ 
b) n = 4,54 mols 
𝑝1 − 𝑝2 = 18,4 𝑚𝑚𝐻𝑔 
Resposta: 
Resposta: 
m = 2653,33 kg 
Resposta: 
pabs = 146, 42 kPa e 1,4454 atm 
prel = 0,447 atm 
Resposta: 
 40,65 kPa 
Resposta: 
pabs = 3 atm 
prel = 2 atm