Lista_IT382_2012_1 (1) (1)-1

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UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA - IT 
DISCIPLINA: INTRODUÇÃO À ENGENHARIA QUÍMICA - IT 382 
PROFESSOR: MAURÍCIO MANCINI 
 
LISTA DE EXERCÍCIOS 
 
1) Busque a (ou uma) definição e apresente a representação dimensional das grandezas relacionadas 
abaixo: 
a) Concentração de soluto em uma solução b) Pressão exercida sobre uma placa 
c) Viscosidade de um fluido d) Número de Mach 
e) Número de Euler f) Condutividade térmica de um metal 
g) Umidade de uma partícula sólida (expressa em base seca) 
 
2) Determinar os fatores de conversão e converter as grandezas abaixo conforme indicado. 
a) 2,5,0 m/s em in/min e cm/h 
b) 3,22 atm em N/m2 e bar 
c) 96.220 N/m2 em dyn/cm2 e psi 
d) 2.150 kg/m3 em g/cm3 e lbm/ft3 
e) 25,32 cm/s2 em in/s2 e m/min2 
f) 2.328 cal/goC em J/kgK e erg/goC 
g) 10.892 J/s em erg/h e HP 
h) 112.534 N em dyn e lbf 
 
3) Expressar as temperaturas dadas nas unidades pedidas 
a) 28 oC em oR e oF 
b) 389 oF em oC e K 
c) 160 oC em K e oF 
d) 678 oR em K e oC 
 
4) Expressar os valores de pressão dados nas unidades pedidas 
a) 2,25 atm em Pa e dyn/cm2 
b) 152 Bar em Pa e psi 
c) 14,7 psi em atm e Pa 
d) 7,13.105 dyn/cm2 em Pa e Bar 
 
5) Um tanque de 10000 L é usado para promover a mistura de três soluções distintas e recebe 2300 L 
de uma solução aquosa contendo 133 g/L de NaCl e 77 g/L de KCl; 2700 L de uma solução aquosa 
contendo 152 g/L de KCl e 95 g/L de KNO3 e 3000 L de uma solução aquosa contendo 83 g/L de 
KNO3 e 112 g/L de Ca(NO3)2. Com base nos dados do problema, determine: 
a) A relação completa de componentes da mistura 
b) A composição mássica da mistura 
c) A composição molar da mistura 
(obs: admita que a massa específica das soluções é igual a 1 g/cm3) 
 
6) Considere a queima completa de uma mistura contendo 25 kgmol de etanol, 32 kgmol de metanol e 
43 kgmol de butanol, usando o ar como fonte de oxigênio (AR = 21% O2 e 79% N2). Determine a 
composição mássica e a composição molar do gás resultante da queima. 
 
7) Se num tanque de 1000 L são adicionados 225 L de uma solução aquosa contendo 23 g/L de propa-
nona e 775 L de uma solução aquosa contendo 50 g/L de metanol, determine a composição molar e a 
composição mássica da mistura. (obs: admita que a massa específica das misturas é igual a 1 g/cm3) 
 
8) Considere que se deseja utilizar um tanque de volume V para misturar, continuamente, duas corren-
tes de um fluido de massa específica ρ e capacidade calorífica Cp. Existem dois sistemas possíveis de 
operação, cujas condições estão listadas na tabela abaixo. Se você fosse o engenheiro químico respon-
sável pela determinação das condições de operação, qual sistema escolheria? 
 
Sistema F1 (cm3/s) 
F2 
(ft3/min) 
F3 
(m3/h) T1 (
oC) T2 (oF) ρ (g/L) 
Cp 
(J/kgoC) 
V 
(m3) 
1 2000 14,1259 29,4 95,3 128,1 
2 5000 7,7692 31,2 152,5 183,4 1300 4200 50 
 
9) Considere a mistura contínua de duas soluções em um tanque de volume (V). O tanque recebe uma 
corrente com vazão volumétrica F1 e concentração de soluto Cs1 e uma outra corrente com vazão vo-
lumétrica F2 e concentração Cs2 o tanque é drenado por uma única corrente de saída com vazão volu-
métrica F3 e concentração de saída Cs3, resultante da mistura. Na tabela abaixo são apresentadas as pos-
sibilidades de condições de operação. Determine se, para cada caso, se o sistema vai operar em regime 
permanente ou regime transiente. Nos casos em que for possível o regime permanente, determine a 
concentração de soluto na saída. 
 
 
Tabela: Opções de condições operacionais do tanque de mistura 
Condições F1 (L/min) F2 (ft3/s) F3 (m3/h) Cs1 (g/L) Cs2 (lbm/ft3) 
OP1 200 0,1177 30,00 120 12,5 
OP2 250 0,0589 21,00 150 4,1 
OP3 300 0,2943 48,00 80 15,2 
OP4 150 0,2060 36,00 125 7,6 
OP5 200 0,2943 33,00 142 10,0 
 
 
 
10) Um engenheiro determinou que uma caldeira vai precisar de 150.000 m3/h de ar (ρ = 1,2 kg/m3) 
para queimar, estequiometricamente, uma corrente de 132 kgmol/h de uma mistura de metano e buta-
no. Sabe-se que a mistura de hidrocarbonetos contém 35 % de metano. Com base nos dados do pro-
blema, você acha que o engenheiro merece ser PROMOVIDO ou DEMITIDO? 
 
 
11) Considere a mistura de 2200 L de uma solução de sulfato de potássio com concentração igual a 
62 g/L e ρ = 1,07 g/cm3 com 800 L de uma solução alcoólica com 80 % (p/p) de etanol num tanque em 
batelada. Após vigorosa agitação, foram recolhidos 82,3 kg de sal precipitado. Pergunta-se: 
a) Qual é a composição mássica da solução sobrenadante? 
b) Qual é a composição molar da solução sobrenadante? 
 
 
12) Se você fosse o Engenheiro Químico responsável por uma indústria e tivesse que escolher um dos 
três processos com as características abaixo, qual deles escolheria. Justifique a sua escolha e apresente 
claramente todas as hipóteses que fizer: 
PROCESSO I: Conversão = 92 %, Rendimento = 88 %, Seletividade = 5,28 
PROCESSO II: Conversão = 99,6 %, Rendimento = 65 %, Seletividade = 3,20 
PROCESSO III: Conversão = 94 %, Rendimento = 82 %, Seletividade = 4,50 
 
13) Duas correntes de um sal qualquer são misturadas num tanque de mistura perfeita. As vazões vo-
lumétricas e as concentrações de sal em cada corrente são apresentadas na Tabela 1 e o volume de so-
lução no tanque é mantido constante e igual a V. Admita que, após um longo período de operação em 
regime permanente, no instante t = 0 min, uma perturbação no sistema, causada por um aumento de 35 
% na concentração da corrente 1 e uma redução de 30 % na concentração da corrente 2, faz o sistema 
operar em regime transiente. Com base nos dados do problema, determine: 
a) O balanço de massa de sal e a concentração de sal no tanque para a operação em regime permanente.
 
b) O Problema de Valor Inicial que descreve o processo no regime transiente. 
c) A solução do PVI descrito no item (a) e a concentração de sal no tanque 2 horas após a perturbação. 
 
Tabela 1: Dados de projeto do misturador 
F1 
(L/min) CS1 (g/L) 
F2 
(L/min) CS2 (g/L) 
V (L) F3 
(L/min) CS3 (g/L) 
200 112 300 135 10000 SAÍDA SAÍDA 
 
 
14) Uma caldeira é usada na queima de 122 kgmol/h de butano com 36 % de ar em excesso. Determine 
a composição molar e a análise de Orsat (análise em base seca) da corrente de saída nos casos abaixo: 
a) Considerando queima completa do butano, sem produção de CO. 
b) Considerando conversão de 92 % e que 15 % do butano reagido é levado apenas a CO. 
 
 
15) Considere a produção de etanol (C2H5OH) a partir da hidrólise de carbureto de cálcio (CaC2) em 
regime permanente. O processo tem uma etapa inicial de hidrólise do CaC2, com 30 % de água em 
excesso e conversão de 100 %, produzindo acetileno (C2H2) e hidróxido de cálcio. Em seguida, o aceti-
leno produzido é hidrogenado num hidrogenador com conversão X2 e alimentação estequiométrica de 
H2. O acetileno e o hidrogênio não reagidos são completamente reciclados para o hidrogenador. O eti-
leno (C2H4) produzido nesta etapa é introduzido num outro hidrolisador, onde sofre termohidrólise, 
com conversão X3 e 25 % de água em excesso, produzindo uma corrente de azeótropo de etanol (etano 
- 98% + água 2 %), uma corrente com água pura e uma outra com etileno não reagido. O etileno não 
reagido é queimado num combustor, com 50 % de ar em excesso e conversão X4. A vazão molar da 
corrente de CaC2 e as conversões no hidrogenador, no termohidrolisador e na caldeira são listadas na 
Tabela 2. Com base nos dados do problema, determine os valores das vazões molares totais (W2, W3 ... 
W14) e de cada componente das correntes envolvidas: 
 
Tabela 2: Condições de operação do sistema. 
W1 (Kgmol/h) X2 (%) X3 (%) X4 (%) 
70 75 92 95 
 
Hidrólise I: CaC2 + 2H2O → C2H2 + Ca(OH)2 Hidrogenação: C2H2 + H2 → C2H4Termohidrólise: C2H4 + H2O → C2H5OH Combustão: C2H4 + 3O2 → 2CO2 + 2H2O 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Hidrolisador 
 
Hidrogenador 
X2 
 
Termohidrolisador 
X3 
 
Combustor 
X4 
W1 
 
CaC2 
W2 
 
H2O – 30 % excesso 
W3 
 
H2O 
 
Ca(OH)2 
W4 
 
C2H2 
W6 
 
C2H2 
 
H2 
W5 
 
C2H2 
 
H2 
W8 
 
C2H4 
W7 
 
H2 
W9 
 
H2O – 25 % excesso 
W10 
 
C2H5OH – 98 % 
 
H2O – 2 % 
W11 
 
H2O 
W12 
 
C2H4 
W13 
 
Ar 50 % 
em ex-
cesso 
W14 
 
Gás de chaminé