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EQ 481 – Introdução à Engenharia Química - Balanços de energia sem reação química 1 
 
Universidade Estadual de Campinas 
Faculdade de Engenharia Química 
Departamento de Tecnologia de Polímeros 
 
EQ481A – INTRODUÇÃO À ENGENHARIA QUÍMICA 
 
Balanços de energia sem reação química 
 
1- (7-2) Considere um carro com a massa de 5.500 lbm, freando até parar, a partir de uma 
velocidade de 55 milhas/hora. 
a- Quanto de calor (Btu) é gerado no processo de frenagem? 715 Btu. 
b- Suponha que no Brasil todo 100.000.000 destes processos de frenagem ocorram por dia. 
Calcule a taxa média de dissipação de energia dissipada como resultado da fricção. 87 MW 
 
2- (7-8) Escreva e simplifique para um sistema fechado a equação de balanço de energia dos 
seguintes processos e comente se os termos de calor e trabalho, que não sejam nulos, são 
positivos ou negativos: 
a - O conteúdo de um frasco fechado é aquecido de 25oC a 80oC. DDU = Q, Q>0 
b-O frasco do item a é retirado do aquecedor e resfriado de volta aos 25oC. DDU = Q, Q<0 
c- Uma reação química ocorre num recipiente rígido adiabático e fechado. DD U = 0 
d- Suponha que o reator do item c seja isotérmico ao invés de adiabático, e que quando a 
reação ocorre adiabaticamente a temperatura do reator aumenta. DDU = Q, Q<0 
 
3- (7-24) Vapor saturado a 100 oC é aquecido a 300 oC. Use as tabelas de vapor para determinar: 
a- quantidade requerida de calor (J/s) se uma corrente contínua de 100 kg/s sofre o processo a 
pressão constante. 3,98 107 J/s 
b- O calor requerido em J, se 100 kg sofrem o processo em um recipiente com volume 
constante. 3,04 107 J/s 
c- Qual o significado físico da diferença entre os valores numéricos dessas duas quantidades? 
Trabalho PV 
 
4- (7-29) Vapor superaquecido a 40 bars e 450 oC , escoa a taxa de 250 kg/min pra uma turbina 
adiabática onde é expandido até 5 bars. A turbina fornece a potência de 1500 kW. Da turbina 
o vapor escoa para um trocado de calor onde é aquecido isobaricamente até sua temperatura 
inicial. Desprezar as variações de energia cinética. 
a- Escreva o balanço de energia da turbina e determine a temperatura de saída do vapor. 255 
0C 
b- Escreva a equação de energia no trocador de calor e use para determinar o calor requerido 
(kW) para o aquecimento do vapor. 1700 kW 
c- Verifique se o balanço de energia global para as duas unidades de processo é obedecido. 
Sim 
d- Suponha que a turbina tem tubulações de entrada e saída com diâmetro de 0,5 m. Foi 
razoável se desprezar a variação de energia cinética? Sim 
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5- (7-36) Vapor de água está contido em dois compartimentos de uma câmara isolada. O 
compartimento A contem 1,5 kg de vapor saturado a 1 atm e o compartimento B contem 
vapor a 2 bars (absoluta) e 200 oC. A divisória que separa os compartimentos é retirada e um 
novo equilíbrio é estabelecido.O sistema final tem energia interna de 2549 kJ/kg. Usando as 
tabelas de vapor quando necessário, calcule a massa de vapor que estava inicialmente no 
compartimento B. (Veja o exemplo 7.6-1 do livro texto) mb=0,601 kg 
 
6- (8-8) Gás cloro, Cl2, é aquecido de 100 oC até 200 oC. 
a- Calcule o calor requerido para aquecer uma corrente de gás com uma vazão de 5 kmol/s, 
à pressão constante. 17650 kW 
b- Calcule o calor necessário para elevar a temperatura de 5 kmol de Cl2 em um recipiente 
fechado e rígido de 100 oC até 200 oC.(sugestão: usar o valor calculado no item anterior). 
Qual o significado físico entre da diferença entre os valores calculados nos itens a e b? 
13500 kW 
c- Na realidade, para se atingir o aquecimento da parte b, a quantidade de calor fornecida ao 
recipiente deveria ser maior do que a quantidade calculada. Por quê? Efeito da pressão 
 
7- (8-12) Use dados de capacidade calorífica média tabulada no livro texto para calcular a taxa 
de calor requerida para elevar a temperatura de 300 kg/min de CO2 de 25 oC até 450 oC. 2137 
kW 
 
8- (8-15) Usando dados da Tabela B.2 do livro texto, calcule a capacidade calorífica média (em 
J/moloC) para o processo: He (25oC, 1atm) ® He (500oC, 1atm). 20,8 J/mol 0C 
 
9- (8-21) Propano é queimado com 20% de excesso de O2. Antes de entrar na câmara de 
combustão, a corrente combinada (C3H8 + O2) é pré-aquecida de 77 oF para 575 oF. A que taxa 
em Btu/h, calor deve ser fornecido se a corrente de alimentação tem uma vazão de 2,50x105 
ft3(STP)/h? 3,39 106 Btu/h 
 
10- (8-23) Um gás natural contendo 95% em mols de metano e o restante em etano é queimado 
com 25% de excesso de ar. O gás de chaminé, que sai da câmara de combustão está a 900 
oC e 1 atm, e não contem hidrocarbonetos, nem CO. Este gás, antes de ser liberado para a 
atmosfera, é resfriado até 500 oC em um trocador de calor, para recuperação parcial de 
energia. Tomando como base de cálculo 100 moles de gás combustível alimentados para a 
combustão, calcule a quantidade de calor (kJ) que será transferida do gás, no trocador de 
calor, para que o resfriamento indicado seja atingido. –18970 kJ 
 
11- (8-28) Suponha que um gás contendo, em composição molar, 30% de CO2 e 60% de H2O, a 
1200 oC e 830 mmHg, esteja para ser liberado para a atmosfera. Caso este gás seja, ao invés 
disso, previamente alimentado a uma caldeira de recuperação de calor de correntes de 
descarte, onde tenha sua temperatura reduzida para 300oC, fornecendo calor para uma água 
de alimentação da caldeira que entra líquida a 10 bar e é convertida, pelo contato com o gás 
quente, a vapor saturado a mesma pressão, quantos kg de vapor serão produzidos por m3 de 
gás alimentados à caldeira? Assuma operação adiabática da caldeira. 0,186 kg 
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12- (8-34) Na manufatura de ácido nítrico, amônia e ar pré-aquecido são misturados para formar 
um gás contendo 10% em mol de NH3, a 600oC.(a amônia não pode ser pré-aquecida 
diretamente, pois se decomporia em N2 e H2). A mistura é então oxidada cataliticamente para 
formar NO2, o qual é absorvido em água para formar o HNO3. Caso amônia entre para compor 
a mistura com o ar a 25oC e a vazão de 520 kg/h, e a perda de calor do misturador para a 
vizinhança se dê na taxa de 7 kW, determine a temperatura na qual o ar deva ser pré-
aquecido.(Use os dois primeiros termos da fórmula da capacidade calorífica da tabela B.2, 
para o ar, e veja o Exemplo 8.3-5 do livro texto) 693 0C 
 
13- (8-56) Uma corrente contendo quantidades equimolares de benzeno e tolueno a 60oC é 
alimentada a um evaporador de um estágio, no qual são evaporados 60% do benzeno 
alimentado. O vapor analisado mostra uma composição molar de 63,1% de benzeno. Tanto as 
correntes de produto na fase vapor quanto líquida, saem do evaporador a 150oC. Calcule o 
calor requerido para que este processo ocorra, em kJ/kg de alimentação. 339 kJ 
 
14- (8-87) Hidróxido de Sódio é dissolvido em suficiente água para produzir-se uma solução 15% 
molar. Se tanto a água como o hidróxido estiverem inicialmente a 77oF (25oC), quanto calor 
(Btu/lbm de solução produzida) deve ser retirado para que a solução também fique a 77 oF? 
Assuma que o processo se dá à pressão constante, ou seja Q=DH e use a tabela 8.5-1 do livro 
texto para avaliar DHs molar. 116,2 Btu/lbm 
 
15- (8-102) Uma solução de amônia a alta pressão é vaporizada num tambor Flash a uma vazão 
de 200 lbm/h. A solução contém 0,70 lbmNH3/lbm e sua entalpia relativa à água (1 atm, 32oF) e 
NH3(1atm, -40oF) é –50 Btu/lbm. As correntes líquida e vapor emergem do tambor Flash a 1 
atm e 80oF. Calcule as vazões mássicas e as frações mássicas de amônia das correntes 
líquida e vapor de saída e a taxa de calor necessário (Btu/h) a ser transferido para o 
vaporizador. (Figura 8.5-2 e exemplo 8.5-4). 120 lbm/h vapor, 80 lbm/hlíquido e 86000 Btu/h 
 
 
 
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