APOSTILA PROCESSOS INDUSTRIAIS

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C E N T R O U N I V E R S I T Á R I OC E N T R O U N I V E R S I T Á R I OC E N T R O U N I V E R S I T Á R I OC E N T R O U N I V E R S I T Á R I O P A D R E A N C H I E T AP A D R E A N C H I E T AP A D R E A N C H I E T AP A D R E A N C H I E T A 
 
C U R S O D E TC U R S O D E TC U R S O D E TC U R S O D E T É C N I C O E M É C N I C O E M É C N I C O E M É C N I C O E M Q U Í M I CQ U Í M I CQ U Í M I CQ U Í M I C AAAA 
 
 
PROCESSOS INDUSTRIAIS 
A P O S T I L A 2 º MÓDULO 
PROF . FÁBIO CALHEIROS CAIRES 
fabioc@anchieta.br 
 
 
2ºSEMESTRE - 2009 
 
 
 
 
Crédito: www.historycooperative.org 
 
 
 1
ConteúdoConteúdoConteúdoConteúdo 
 
 
1. FENÔMENOS QUÍMICOS E FÍSICOS .......................................................................................... 2 
2. TIPOS DE PROCESSOS QUÍMICOS ............................................................................................. 2 
3. LEIS DA QUÍMICA............................................................................................................................... 3 
4. BALANÇO MATERIAL....................................................................................................................... 6 
5. FLUXOGRAMAS ................................................................................................................................... 6 
6. CONVERSÕES QUÍMICAS ............................................................................................................... 8 
7. EQUIPAMENTOS DE INDUSTRIAIS ........................................................................................... 9 
8. PRODUTOS .......................................................................................................................................... 13 
9. MATÉRIAS-PRIMAS........................................................................................................................... 13 
10. REVISÃO – CÁLCULOS QUÍMICOS - GASES ......................................................................... 13 
11. REVISÃO - CONCEITOS DE ESTEQUIOMETRIA ............................................................... 12 
12. EXERCÍCIOS DE ESTEQUIOMETRIA ...................................................................................... 14 
13. BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................................... 17 
 
 
 2
1.1.1.1. FENÔMENOS QUÍMICOS E FÍSICOSFENÔMENOS QUÍMICOS E FÍSICOSFENÔMENOS QUÍMICOS E FÍSICOSFENÔMENOS QUÍMICOS E FÍSICOS 
 
Uma substância sofre transformação física, quando não há alteração na sua constituição (ou 
natureza) atômica. Exs: as mudanças de estado são transformações físicas, a dissolução do sal, ou 
açúcar, na água, bem como a recuperação de ambos por evaporação da água, são fenômenos 
físicos, a mudança da cor do ferro durante seu aquecimento ou a fragmentação do giz, quando 
atritado no quadro-negro, também são fenômenos físicos, etc. 
 Uma substância sofre transformação química, quando há alteração na sua natureza atômica, o 
que impede a recuperação da substância (por métodos elementares). Exs: combustões, 
decomposições, digestões, cozimentos, etc. Todos esses fenômenos recebem o nome de reações 
químicas. 
 Assim, na queima do álcool, há reação química entre o álcool e o oxigênio do ar. Veja outros 
exemplos de fenômenos químicos: 
 - combustões do da gasolina, do querosene, do óleo diesel, do acetileno, do hidrogênio, etc; 
 - o fenômeno da fotossíntese, no qual o gás carbônico e a água da chuva são transformados 
em alimentos; 
 - a formação de ferrugem (reação entre o ferro e o oxigênio); 
 - a digestão dos alimentos e a fabricação de sabão, que consiste em aquecer gordura com 
soda-cáustica. 
 
2.2.2.2. TIPOS DE PROCESSOS QTIPOS DE PROCESSOS QTIPOS DE PROCESSOS QTIPOS DE PROCESSOS QUÍMICOSUÍMICOSUÍMICOSUÍMICOS 
Os processos químicos podem ser contínuos ou descontínuos, de batelada. 
 
A escolha do tipo de processo depende de fatores como: 
- Tamanho da produção; 
- Segurança; 
- Custo; 
- Controles... 
 
 
 
 
 3
3 .3 .3 .3 . LEIS DA QUÍMICALEIS DA QUÍMICALEIS DA QUÍMICALEIS DA QUÍMICA 
 
3.1.1 Lei da Conservação da Massa (Lavoisier) 
Lavoisier mediu cuidadosamente as massas de um sistema antes e depois de uma reação em recipientes 
fechados. 
A figura ilustra uma possibilidade de se testar a Lei de Lavoisier em um procedimento simples. 
 
Provocando o contato entre as soluções reagentes (cloreto de sódio e nitrato de prata), surge um 
sólido levemente acinzentado, o precipatado de cloreto de prata e uma solução aquosa de nitrato de 
sódio. 
Lavoisier constatou que a massa do sistema antes e depois da reação é a mesma. 
Com base em inúmeras experiências, Lavoisier enunciou a Lei da Conservação da Massa: 
"Numa reação química, não ocorre alteração na massa do sistema". 
Soma das massas dos REAGENTES = Soma das massas dos PRODUTOS 
Ou: "Na Natureza nada se perde, nada se cria, tudo se transforma". 
É bom frisar que, depois de Lavoisier enunciar esta lei, outros cientistas fizeram novos experimentos 
que visam testar a hipótese proposta por ele e, mesmo ao utilizarem balanças mais modernas, de 
grande sensibilidade, os testes confirmaram o enunciado proposto. 
Quando um pedaço de ferro é abandonado ao ar, vai se "enferrujando", ou seja, vai sofrendo uma 
reação química. Se compararmos a massa do ferro inicial com a do ferro "enferrujado", notaremos 
que este último tem massa maior. 
Será que neste caso a massa não se conserva? 
O que acontece é que os reagentes dessa reação química são ferro (sólido) e material gasoso, 
proviniente do ar. 
massa do ferro + massa dos gases (ar) = massa do ferro "enferrujado" 
Como o sistema inicial é constituído por ferro e ar, e o sistema final por ferro "enferrujado", o 
aumento de massa efetivamente não existiu. 
Por essa razão é necessário utilizarmos sistemas fechados para verificar a Lei de Lavoisier. 
 
 4
3.1.2 Lei das Proporções Definidas (Proust) 
No final do século XVIII, através de inúmeros experimentos, Proust mediu as massas dos reagentes e 
produtos de uma reação e calculou as diversas relações possíveis entre elas. 
Vamos considerar a reação química de decomposição da água, para que você possa entender como 
ele procedeu: 
água � oxigênio + hidrogênio 
Se fizermos diversos experimentos com quantidades variadas de água pura e analisarmos as massas 
dos produtos, teremos o seguinte: 
 Água OxigênioHidrogênio
I) 18 g 16 g 2 g 
II) 180 g 160 g 20 g 
III) 9 g 8 g 1 g 
IV)45 kg 40 kg 5 kg 
 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
Vamos fazer a relação 
massa de oxigênio 
 para cada amostra de água: 
massa de hidrogênio 
 moxigênio 16 g moxigênio 8 g 
I) = = 8 III) = = 8 
 mhidrogênio 2 g mhidrogênio 1 g 
 
 moxigênio 160 g moxigênio 40 kg 
II) = = 8 IV) = = 8 
 mhidrogênio 20 g mhidrogênio 5 kg 
Se fizermos agora a 
relação 
massa de água 
 
para cada amostra de água, teremos uma relação 
constante igual a 9. 
massa de 
hidrogênio 
Quer dizer que, independentemente da origem da amostra de água (de chuva, de rio, de mar), desde 
que pura, teremos uma proporção constante entre as massas de água, de hidrogênio e de oxigênio: 
 ÁGUA�HIDROGÊNIO+ OXIGÊNIO
Proporção: 9 : 1 : 8 
Como há proporcionalidade entre massas envolvidas numa reação, podemos construir os seguintes 
gráficos: 
 
 5
 
Repetindo experimentos com decomposição de outras substâncias, Proust afirmou: 
"Numa dada reação química, existe uma proporção constante entre as massas das substânciasparticipantes". 
ou 
"Qualquer composto, independentemente de sua origem, tem uma relação constante entre as 
massas de seus elementos constituintes". 
Esquematicamente 
 X + Y �Z + W 
1ª experiência x1 y1 z1 w1
2ª experiência x2 y2 z2 w2
x, y, z, w representam as massas das substâncias X, Y, Z e W 
x1 y1 z1 w1 
 = = = 
x2 y2 z2 w2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 6
4 .4 .4 .4 . BALANÇO MATERIALBALANÇO MATERIALBALANÇO MATERIALBALANÇO MATERIAL 
Os processos são alimentados por matérias-primas e outros insumos, gerando produtos e 
subprodutos. 
 
REPRESENTAÇÃO DE UM BALANÇO DE MASSA 
 
A partir dos dados de entrada e saída de um processo podem ser realizados balanços de massa e 
energia. Para realização de um balanço deve-se: 
- Desenhar o fluxograma; 
- Escolher volumes de controle; 
- Rotular todas as variáveis conhecidas; 
- Rotular todas as variáveis desconhecidas; 
- Expressar o que o enunciado pede em termos de variáveis; 
- Converter unidades (se necessário); 
- Escrever as equações de balanço; 
- Analisar graus de liberdade; 
- Montar estratégia de resolução; 
- Avaliar consistência do resultado. 
 
 
 
 
5.5.5.5. FLUXOGRAMASFLUXOGRAMASFLUXOGRAMASFLUXOGRAMAS 
 
 
São representações esquemáticas de um processo, representando fluxo de material, operações, 
equipamentos e energia. No início de um processo ou para apresentar todas as seqüências de processo 
de uma grande indústria são utilizados diagramas de blocos. Em seqüências de produção menores ou 
em etapas avançadas de projeto o fluxograma deve ser feito de forma mais detalhada, incluindo 
convenções adotadas para indicação dos equipamentos. 
São elementos típicos de um fluxograma: 
 
- tubulações de processo; 
- itens de equipamentos mais importantes; 
- válvulas de controle e outras de importância; 
 
 7
- conexões com outros sistemas; 
- principais linhas de recirculação e “by pass”; 
- nomes das principais correntes do processo; 
- dados operacionais (temperatura, vazão, pressão, densidade, concentração, etc). 
 
Não devem ser incluídos em um fluxograma: 
 
- classe e especificação das tubulações; 
- identificadores das linhas das tubulações; 
- válvulas de isolamento, alívio ou segurança. 
 
 
 
 8
 
EXEMPLOS DE FLUXOGRAMAS 
 
 
 
 
 
 
 
6.6.6.6. CONVERSÕES QUÍMICASCONVERSÕES QUÍMICASCONVERSÕES QUÍMICASCONVERSÕES QUÍMICAS 
Conversões Químicas são reações químicas aplicadas ao processo industrial. Fazem parte de uma 
conversão química: 
- Química fundamental das reações envolvidas; 
- Equipamento destinado para a reação; 
- Operação do processo a um custo competitivo. 
Exemplos: 
Desidratação, Hidratação, Calcinação, Oxidação, Redução, Eletrólise,Sulfonação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 9
 
7.7.7.7. EQUIPAMENTOS DE INDUEQUIPAMENTOS DE INDUEQUIPAMENTOS DE INDUEQUIPAMENTOS DE INDUSTRIAISSTRIAISSTRIAISSTRIAIS 
Os equipamentos industriais podem apresentar diversas funções, podendo estas ser resumidas em: 
- transformações físicas e químicas de materiais sólidos e líquidos; 
- armazenamento de materiais; 
- distribuição de fluidos. 
Os equipamentos industriais podem ser divididos e classificados em relação a sua função, conforme 
apresentado a seguir. 
 
7.1.1 Classificação geral: 
Os equipamentos podem ser classificados em: 
 
- equipamentos de calderaria (vasos de pressão, tanques, torres, reatores, fornos, caldeiras, trocadores 
de calor, resfriadores, aquecedores, filtros, separadores); 
- máquinas (bombas, compressores, sopradores, centrifugadores); 
- tubulações (elemento físico de interligação entre os outros equipamentos). 
 
Os materiais a serem estudados nesta disciplina destinam-se exclusivamente à construção de 
equipamentos de processos das indústrias químicas, petroquímicas, farmacêuticas e correlatas. Tais 
equipamentos são designados como equipamentos de caldeiraria e são eles: 
 
• vasos de pressão: colunas de destilação ou absorção, reatores, tanques de processo para líquidos, 
esferas de armazenagem de gases, etc.; 
• caldeiras; 
• trocadores de calor: aquecedores, resfriadores, evaporadores, condensadores, etc.; 
• fornos; 
• tanques de armazenagem de líquidos com apenas coluna hidrostática; 
• tubulações: de fluidos de processo, de utilidades, de drenagem, etc. 
 
 Nesses equipamentos também devem ser consideradas as condições em que eles estão 
submetidos: 
 
• variáveis de processo: em regime (normais) e extremas (máximas); 
• condições operacionais: regimes contínuo ou descontínuo; 
• manuseio de produtos de risco: tóxicos, explosivos, inflamáveis, etc.; 
• tempo de vida econômica da unidade produtiva. 
 
Outros equipamentos, considerados como sendo “de fabricantes” ou como “máquinas”, tais como 
bombas, válvulas, ejetores, moinhos, centrífugas, etc., possuem seus diferentes materiais previamente 
especificados. Normalmente o engenheiro de processo especifica somente o material predominante, 
que entra em contato com o fluido de processo. Exemplo: bombas. rotor e casco são especificados 
pelo engenheiro de processo, enquanto eixo, rolamentos, etc., pelo fabricantes. 
 
Histórico de ciências dos materiais: 
 
A Ciência dos Materiais teve um desenvolvimento histórico bastante acentuado nas recentes décadas, 
mas seu início ocorreu quando o homem preparou qualquer ferramenta ou utensílio usado para 
 
 10
atender suas necessidades de sobrevivência natural. Veja a classificação de materiais segundo seu 
desenvolvimento: 
 
1.) Materiais naturais: são materiais que apresentam-se prontos ou quase prontos para uso na 
natureza. Exemplos: madeira, couro, ossos, pedras, etc.; 
 
2.) Materiais desenvolvidos empiricamente: são materiais preparados pela ação humana desde muito 
tempo. Seu desenvolvimento deve-se à observação e reprodução de alguma ocorrência natural. 
Exemplos: ligas de ferro (5.000 a.C. a 3.000 a.C.), bronze, cerâmicas, vidro, papel e concreto; 
 
3.) Materiais desenvolvidos com auxilio qualitativo de conhecimentos científicos: são materiais cujas 
considerações científicas orientaram seus descobrimentos e a interpretação qualitativa de suas 
propriedades. Exemplos: ligas mais antigas de alumínio, de titânio de magnésio, metal duro, aços 
inoxidáveis, termoplásticos, termorígidos, elastômeros e fases de ligas de ferro. 
 
4.) Materiais projetados (novos ou aperfeiçoados): são materiais quase que exclusivamente 
preparados a partir de conhecimentos científicos e cujas propriedades podem ser quantitativamente 
previstas. Exemplos: semicondutores, materiais para reatores nucleares, aços de ultra-alta resistência 
mecânica, materiais compósitos reforçados com fibras, ligas com memória de forma e vidros 
metálicos. 
 
Seleção de materiais: 
 
 Selecionar um material destinado para certa aplicação é elaborar uma especificação, que 
determine qual o material mais adequado para a construção do equipamento, considerando-se fatores 
técnicos e econômicos. 
 
 Fatores técnicos: 
• relativo às propriedades mecânicas: o material deve resistir aos esforços solicitados, o que 
também determina a espessura adequada, dependendo dos limites de resistência e de escoamento, 
resistências à fadiga e a fluência, etc.; 
• relativo às propriedades térmicas: maior ou menor capacidade que o material tem de transmitir o 
calor, estabilidade à elevadas temperaturas e tensões mecânicas originadas com dilatações térmicas; 
• relativo às propriedades químicas: resistência à corrosão devido o fluido de contato e tempo útil 
de vida dentro da vida prevista para toda unidade; 
• relativo ao serviço de uso: condições de escoamento do fluido de contato sobre o material, gases 
ou outros contaminantes dissolvidos, etc.; 
• relativo à segurança:quando o risco do equipamento ou do local onde se encontra for alto, usa-se 
materiais mais nobres de forma a evitar a ocorrência de problemas de vazamentos ou paradas; 
• relativo às experiências anteriores e novas tecnologias: é um fator preponderante, podendo ser a 
experiência anterior do usuário do equipamento ou como consulta na literatura indicativa sobre 
materiais; 
 
 Fatores econômicos: 
• preço: é fator decisivo na escolha e tem implicação direta no custo de fabricação e tempo de vida 
(veja na próxima página os quadros de comparação de preços entre diferentes materiais; 
• disponibilidade: devem ser consideradas a facilidade de obtenção, necessidade de importação, 
prazo de entrega, quantidades mínimas de compra, etc.; 
 
 11
• qualidade de fornecimento: as características de um mesmo material pode variar entre vários 
fornecedores. O material deve ser acompanhado de laudo de análise, quando necessário; 
• equipamentos essenciais: quando a parada de certo equipamento, principalmente os pequenos 
como válvulas, filtros, etc., implica em parar toda uma grande unidade, esses devem ser fabricados 
com materiais mais nobres. 
 
Classificação dos principais materiais: 
 
1. materiais para vasos de 
pressão e trocadores de 
calor 
metais ferrosos aços-carbono; 
aços-liga; 
aços inoxidáveis. 
 metais não-ferrosos alumínios e ligas; 
cobre e ligas; 
níquel e ligas; 
titânio, zircônio e ligas. 
2. materiais para caldeiras e 
fornos 
aços-carbono; 
aços-liga; 
aços inoxidáveis 
 
3. materiais para tanques de 
armazenamento e outros 
reservatórios sem pressão. 
metais ferrosos aços-carbono; 
aços-liga; 
aços inoxidáveis. 
 metais não-ferrosos alumínios e ligas; 
cobre e ligas; 
níquel e ligas; 
titânio, zircônio e ligas. 
 materiais não-metálicos concreto armado; 
materiais plásticos com fibras. 
4. materiais para tubulações, 
válvulas e acessórios de 
tubulação 
metais ferrosos aços-carbono; 
aços-liga; 
aços inoxidáveis; 
ferros fundidos. 
 metais não-ferrosos alumínios e ligas; 
cobre e ligas; 
níquel e ligas; 
chumbo e ligas; 
titânio, zircônio e ligas. 
 materiais não-metálicos concreto armado; 
materiais plásticos com fibras; 
vidro. 
 
 
 
 
 
 12
No passado os materiais metálicos eram de muito maior importância, entretanto, com o advento de 
tecnologias para produção à preços razoáveis de materiais cerâmicos (materiais inorgânicos) e de 
materiais poliméricos (materiais orgânicos), esses últimos estão assumindo maiores aplicações. 
Exemplo: a larga aplicação de materiais poliméricos nos veículos automotivos. 
 
Normalização: 
 
 Como os materiais devem possuir qualidades e propriedades conhecidas, eles devem seguir 
algum padrão. Os padrão mais usuais são: 
 
PADRÃO ASSOCIAÇÃO PAIS 
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas Brasil 
ASTM American Society for Testing and Materials Estados Unidos 
DIN Deutches Institut für Normung Alemanha 
 
 Estabelecendo-se uma rotina para a seleção de material de engenharia, podemos seguir as etapas 
abaixo: 
 
• levantar as experiências prévias existentes; 
• analisar todos os fatores que possam influir; 
• colocar esses fatores em ordem de importância; 
• estabelecer as características que deva ter o material ideal; 
• conhecer os materiais disponíveis e suas limitações físicas e de fabricação; 
• comparar os materiais que possam satisfazer, otimizando o custo; 
• caso possível ou necessário, realizar ensaio com o material escolhido. 
 
7.1.2 Exigência de confiabilidade: 
 
A exigência de confiabilidade de um equipamento é ainda mais crítica em processos com as seguintes 
características: 
- trabalho em regime contínuo; 
 
 
- cadeia contínua de processo; 
 
 
 
- condições de risco. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 13
8.8.8.8. PRODUTOSPRODUTOSPRODUTOSPRODUTOS 
 
Os produtos resultantes de um processo químicos podem ser classificados como bens de consumo, 
quando destinado a um consumidor no final da cadeia ou como produtos intermediários quando são 
destinados a outros processos como matéria-prima. 
Exemplos: 
 
Produtos Intermediários Bens de Consumo 
 
 
Enxofre � ácido Sulfúrico � Fertilizantes 
 
Alumina � Alumínio � Esquadrias 
 
Em sua maioria, o maior cliente de uma indústria química é outra indústria química. 
 
 
9.9.9.9. MATÉRIASMATÉRIASMATÉRIASMATÉRIAS----PRIMASPRIMASPRIMASPRIMAS 
 
As matérias-primas para produtos inorgânicos são, em grande parte, de origem natural. 
Por isso apresentam como característica a presença de impurezas e grande variabilidade. 
Isso determina a necessidade de um controle rigoroso das mesmas, seja por análise química ou, 
quando esta não é possível, através de testes de monitoramento do comportamento do produto. 
 
 
 
 
 
 
 
 
10.10.10.10. REVISÃO REVISÃO REVISÃO REVISÃO –––– CÁLCULOS QUÍMICOS CÁLCULOS QUÍMICOS CÁLCULOS QUÍMICOS CÁLCULOS QUÍMICOS ---- GASESGASESGASESGASES 
10.110.110.110.1 VOLUME MOLARVOLUME MOLARVOLUME MOLARVOLUME MOLAR 
É o volume ocupado por um mol de moléculas de qualquer substância no estado gÉ o volume ocupado por um mol de moléculas de qualquer substância no estado gÉ o volume ocupado por um mol de moléculas de qualquer substância no estado gÉ o volume ocupado por um mol de moléculas de qualquer substância no estado gasoso.asoso.asoso.asoso. 
O volume molar ,quando medido nas CNTP, é igual a 22,4L.O volume molar ,quando medido nas CNTP, é igual a 22,4L.O volume molar ,quando medido nas CNTP, é igual a 22,4L.O volume molar ,quando medido nas CNTP, é igual a 22,4L. 
 
10.210.210.210.2 CONDIÇÕES NORMAIS DE TEMPERATURA E PRESSÃO (CNTP)CONDIÇÕES NORMAIS DE TEMPERATURA E PRESSÃO (CNTP)CONDIÇÕES NORMAIS DE TEMPERATURA E PRESSÃO (CNTP)CONDIÇÕES NORMAIS DE TEMPERATURA E PRESSÃO (CNTP) 
CONDIÇÕES : 
PRESSÃO = 1atm = 760mmHgPRESSÃO = 1atm = 760mmHgPRESSÃO = 1atm = 760mmHgPRESSÃO = 1atm = 760mmHg 
TEMPERATURA = 0°C = 273 KTEMPERATURA = 0°C = 273 KTEMPERATURA = 0°C = 273 KTEMPERATURA = 0°C = 273 K 
 
 
 14
10.310.310.310.3 EQUAÇÃO DE ESTADO DE UM GÁS IDEALEQUAÇÃO DE ESTADO DE UM GÁS IDEALEQUAÇÃO DE ESTADO DE UM GÁS IDEALEQUAÇÃO DE ESTADO DE UM GÁS IDEAL 
P . V = n . R . TP . V = n . R . TP . V = n . R . TP . V = n . R . T 
 
Onde:Onde:Onde:Onde: 
� P = PRESSÃO P = PRESSÃO P = PRESSÃO P = PRESSÃO em atm atm atm atm ou mmHg mmHg mmHg mmHg 
� V = VOLUME V = VOLUME V = VOLUME V = VOLUME em LLLL 
� n = nº de MOLS ( = MASSA / MASSA MOLAR n = nº de MOLS ( = MASSA / MASSA MOLAR n = nº de MOLS ( = MASSA / MASSA MOLAR n = nº de MOLS ( = MASSA / MASSA MOLAR em gggg)))) 
� R = CONSTANTE UNIVERSAL DOS GASESR = CONSTANTE UNIVERSAL DOS GASESR = CONSTANTE UNIVERSAL DOS GASESR = CONSTANTE UNIVERSAL DOS GASES 
� T = TEMPERATURA T = TEMPERATURA T = TEMPERATURA T = TEMPERATURA em KKKK 
 
CONSTANTE UNIVERSAL DOS GASES ( R ) CONSTANTE UNIVERSAL DOS GASES ( R ) CONSTANTE UNIVERSAL DOS GASES ( R ) CONSTANTE UNIVERSAL DOS GASES ( R ) 
� PRESSÃO em atm PRESSÃO em atm PRESSÃO em atm PRESSÃO em atm R = 0,082R = 0,082R = 0,082R = 0,082 atm . L . Mol-1 K-1 
� PRESSÃO em mmHg PRESSÃO em mmHg PRESSÃO em mmHg PRESSÃO em mmHg R = 62,3 R = 62,3 R = 62,3 R = 62,3 atm . L . Mol-1 K-1 
� EQUAÇÃO DE ESTADO DE UM GÁS IDEALEQUAÇÃO DE ESTADO DE UM GÁS IDEALEQUAÇÃO DE ESTADO DE UM GÁS IDEALEQUAÇÃO DE ESTADO DE UM GÁS IDEAL 
 
10.410.410.410.4 EXERCÍCIOSEXERCÍCIOSEXERCÍCIOSEXERCÍCIOS 
10.4.1 Execute a transformação solicitada em cada exercício: 
a- 2,73m³ em L 
b- 45,96 L em m³ 
c- 0,4L em ml 
d- 2,37mg em g 
e- 2.10-6 ton em g 
f- 420mL em m³ 
g- 12,5g em ton 
h- 23°C em K 
i- 400K em °C 
j- -200°C em K 
k- 123K em °C 
l- 0,032kg em ton 
m- 235mg em kg 
n- 0,1 m³ em cm³o- 45,3L em cm³ 
p- 15cm³ em ml 
q- 25dm³ em L 
 
10.4.2 Calcule a massa de SO2 contidas em 224 L de SO2 medidos a 273°C e 2atm. 
10.4.3 Calcule o nº de moléculas de O3 presentes em 250cm³ deste gás medido nas CNTP 
10.4.4 No exercício anterior, quantas moléculas teríamos no caso de executarmos a medição a 
127°C e 3atm. 
10.4.5 205g de O2 foram medidos nas condições ambientes (25°C e 1atm). Qual o volume, em 
l, encontrado? 
10.4.6 Calcule o volume ,em L, presente em 128 g de O2 quando medido nas CNTP. (O=16) 
10.4.7 Qual a massa de H2 que ocupa o volume de 1,12m3 quando medido nas CNTP. (H=1) 
 
 12
10.4.8 Qual o nº de moléculas de O2 presentes em 134,4mL quando medido nas CNTP. 
(O=16) 
10.4.9 Um extintor de incêndio contém 4,4kg de CO2.Qual o volume máximo de gás liberado 
na atmosfera, a 1atm e -173oC? (C=12; O=16) 
 
 
 
 
 
11.11.11.11. REVISÃO REVISÃO REVISÃO REVISÃO ---- CONCEITOS DE ESTEQUIOMETRIACONCEITOS DE ESTEQUIOMETRIACONCEITOS DE ESTEQUIOMETRIACONCEITOS DE ESTEQUIOMETRIA 
Nas reações químicas, é importante se prever a quantidade de produtos que podem ser obtidos a partir de uma 
certa quantidade de reagentes consumidos. 
 Os cálculos que possibilitam prever essa quantidade são chamados de cálculos estequiométricos (A palavra 
estequiometria vem do grego stoicheia (partes mais simples) e metreim (medida)). 
 Essas quantidades podem ser expressas de diversas maneiras: massa, volume, quantidade de matéria (mol), 
número de moléculas. 
 Os cálculos estequiométricos baseiam-se nos coeficientes da equação. É importante saber que, numa equação 
balanceada, os coeficientes nos dão a proporção em mols dos participantes da reação. 
 Nos meados do século XVIII, cientistas conseguiram expressar matematicamente certas regularidades que 
ocorrem nas reações químicas, baseando-se em leis de combinações químicas que foram divididas em ponderais 
(que se relacionam às massas dos participantes da reação) e volumétricas (explicam a relação entre os volumes das 
substâncias gasosas que participam de um processo químico). 
 
Estequiometria é o cálculo da quantidade de reagentes e produtos da reação, baseado nas leis das reações 
químicas. 
Regra geral: 
1. Escrever a reação química; 
2. Acertar os coeficientes; 
3. Estabelecer uma regra de três. 
 
Exemplo 1Exemplo 1Exemplo 1Exemplo 1: 
• Calcular a massa de óxido cúprico a partir de 2,54 g de cobre metálico. 
Dados: Cu = 63,5Cu = 63,5Cu = 63,5Cu = 63,5 e O = 16O = 16O = 16O = 16 
1º) Vamos escrever a reação química: 
Cu + O2 � CuO 
 
 13
2º) A equação está desbalanceada, acertemos os coeficientes! 
Cu + ½ O2 => CuO 
3º) E agora? Como calcular a massa de óxido cúprico? É fácil, é só fazer a regra de três das partes envolvidas. 
 Cu + ½O2 => CuO 
mol 63,5 79,5 
massa 2,54 X 
A massa de óxido cúpricomassa de óxido cúpricomassa de óxido cúpricomassa de óxido cúprico a partir de 2,54 g de cobre metálico é = 3,18 g3,18 g3,18 g3,18 g 
 
 
Exemplo 2Exemplo 2Exemplo 2Exemplo 2: 
• 15 litros de H2, medidos a Condição Normal de Temperatura e Pressão (CNTP), reagem 
completamente com cloro. Qual o volume de gás clorídrico produzido nas mesmas condições? 
Dados: H = 1H = 1H = 1H = 1 e Cl = 35,5Cl = 35,5Cl = 35,5Cl = 35,5 
1º) Vamos escrever a reação química: 
H2 + Cl2 = HCl 
2º) Agora falta balanceá-la. 
H2 + Cl2 = 2222 HCl 
3º) Vamos aos cálculos? 
 H2 + Cl2 = 2HCl 
quant. mol 1 mol 1 mol 2 mol 
mol 2 71 73 
CNTP 22,4 22,4 2 x 22,4 
CNTP 15 X 
O volume de gás clorídricovolume de gás clorídricovolume de gás clorídricovolume de gás clorídrico produzido nas CNTP é = 30 l30 l30 l30 litrositrositrositros 
 
 
 
 
RENDIMENTO 
 
Rendimento de uma reação é o quociente entre a quantidade de produto realmente obtida e a quantidade de produto que seria 
teoricamente obtida pela equação química correspondente. 
 
 
 14
 Queimando-se 30g de carbono puro, com rendimento de 90%, qual a massa de dióxido de carbono (CO2) obtida, 
conforme a equação: C + O2 ---------- CO2 . 
Os coeficientes já estão acertados: 1C + 1O2 ---------- 1CO2 . 
 
Veja os dados informados (30g de Carbono puro com 90% de rendimento) e o que está sendo solicitado (massa de 
dióxido de carbono obtida) e estabeleça uma regra de três. 
 1C-------------1CO2 
 1x12g-----------1x44g 
 30g --------------- x 
 x=110g (considerando que o rendimento seria de 100%) 
 
estabeleça outra regra de três para calcular o rendimento (90%) 
 110g-------------100% (rendimento teórico) 
 y --------------- 90% 
 y=99g 
 
 
 
 
12.12 .12 .12 . EXERCÍCIOS DE ESTEQUIOMETRIAEXERCÍCIOS DE ESTEQUIOMETRIAEXERCÍCIOS DE ESTEQUIOMETRIAEXERCÍCIOS DE ESTEQUIOMETRIA 
 
1. Certa quantidade de cobre reagiu completamente com 2,52 g de HNO3. Calcule: 
 
a) O número de átomos de cobre que reagiu; 
b) A quantidade (mol) de H2O formado; 
c) A massa de Cu(N03)2 formado; 
d) O volume de NO formado nas CNTP. 
 
(MA: Cu = 63; N = 14; O = 16; H = 1) 
 
3Cu + 8HNO3 ���� 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O 
 
2. Na reação: 3Na2C03 + 2H3P04 ���� 2Na3P04 + 3H2O + 3CO2 , foram obtidos 1,12 L de 
CO2 nas CNTP. Calcule: 
 
a) a massa de Na2C03 gasta na reação; 
b) a massa de H3P04 gasta na reação; 
c) a massa de Na3P04 formada na reação. 
 
(MA: Na = 32; C = 12; P = 31; O = 16; H = 1) 
 
3. 6,0 L de SO2, medidos a 623 mmHg e 27°C, reagem completamente com KOH, segundo a 
equação: 2KOH + SO2 ���� K2S03 + H2O 
 
Calcule: 
 
a) a massa de KOH consumida; 
 
b) a massa de K2S03 formada. 
 
 15
 
(MA: K = 39; S = 32; O = 16; H = 1) 
 
4. Uma das transformações que acontecem no interior dos catalisadores dos automóveis é a 
conversão de CO em CO2, segundo a reação CO + ½ O2 ���� CO2. Admitindo-se que um 
motor tenha liberado 3 mols de CO( nas CNTP) , calcule qual o volume de O2 (nas CNTP) 
necessário para converter todo o CO em CO2, em litros. 
5. O éter Etílico é éter comumente vendido em farmácia, cuja principal aplicação esta relacionada à 
sua ação anestésica. A combustão completa de 14,8 mg de C4H10O irá produzir gás Carbônico e 
água, de acordo com a reação: 
 
C4H10O + 6 O2 ���� 4 CO2 + 5 H2O 
Calcule : 
a- a massa em mg de oxigênio consumido 
b- o volume em m³ de CO2 produzido 
c- o número de moléculas de água produzida 
 
 
6. Calcule a massa de enxofre necessária à obtenção de 224 L de SO2 medidos a 
273°C e 2atm. 
 
S + O2 SO2 . 
 
 
7. Sabendo que 10,8 g de Alumínio reagiram completamente com Ácido sulfúrico, calcule: 
a- a massa de H2SO4 
b- a massa de Al2(SO4)3 obtida 
c- o volume de H2 liberado medido nas CNTP 
 
 
2Al + 3 H2SO4 Al2 SO4 + 3 H2. 
 
8. 5,0 Kg de Carbonato de Cálcio são totalmente decompostos. Calcule: 
a- a massa em Kg de CaO obtida 
b- o volume de CO2 a 25°C e 1 atm 
 
 
CaCO3 ���� CaO + CO2 
 
9. Qual é a massa máxima de H2O que podemos obter a partir de uma mistura contendo 80 g de O2 e 80 g de H2? 
(MA: H = 1; O = 16) 
 
2H2 + O2 ���� 2H2O 
 
 
 
 
 16
10. Qual é o volume máximo de amônia que pode ser obtido a partir de 30 L de H2 e 30 L de N2, 
a uma mesma temperatura e pressão? 
 
N2(g) + 3H2(g) ���� 2NH3(g) 
 
11. Qual é a massa máxima de amônia que pode ser obtida a partir de 40 kg de uma mistura 
contendo 28% de N2 e 72% de H2, em massa? Qual é o reagente limitante, se for o caso? 
 (MA: H = 1; N = 14)N2(g) + 3H2(g) ���� 2NH3(g) 
 
12. Calcule o volume de CO2 medido nas CNTP, obtido pela pirólise de 50 g de CaC03 de 80% de 
pureza. 
 (MA: Ca = 40; C = 12; O = 16) 
 
CaC03 ���� CaO + CO2 
 
13. Calcule as massas de H2S04 80% de pureza e de Al(OH)3 90% de pureza necessárias à 
obtenção de 400 g de A12(S04)3 de 85,5% de pureza. 
 
(MA: AI = 27; S = 32; O = 16; H = 1) 
 
2Al(OH)3 + 3H2SO4 ���� Al2(S04)3 + 6H2O 
 
14. Calcule as massas de H2SO4 e de Al(OH)3 necessárias à obtenção de 17,1 g de Al2(SO4)3, sabendo 
que o a reação possui rendimento de 50%. 
 
15. Calcule a massa de enxofre necessária à obtenção de 224 L de SO2 medidos a 273°C e 2 atm, 
sabendo que o rendimento da reação é de 90%. (MA: S = 32) 
 
S + O2 ���� SO2 
 
16. Quantos mols de Cl2 devemos utilizar para a obtenção de 5,0 mol de KCIO3 pela reação: 
 
3Cl2 + 6KOH ���� 5KCI + KCI03 + 3H2 O sabendo que o rendimento da reação é igual a 
75%? 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 17
13.13 .13 .13 . BIBLIOGRAFIABIBLIOGRAFIABIBLIOGRAFIABIBLIOGRAFIA 
Bibliografia BásicaBibliografia BásicaBibliografia BásicaBibliografia Básica 
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SHREVE, R. NORRIS; BRINK, JOSEPH A. Indústrias de processos químicos. 4. Ed. Rio de janeiro: editora 
guanabara koogan. 1997. 
MACINTYRE, ARCHIBALD JOSEPH. Equipamentos industriais e de processo. 1. Ed. Rio de janeiro: livros 
técnicos e científicos editora S. A. 1997. 
TELLES, PEDRO C. SILVA. Materiais Para Equipamentos De Processo. 6ª. Ed. Rio De Janeiro: Interciência, 2003. 
FOUST, A.S. et al. Princípios das Operações Unitárias. 3ed. Rio de Janeiro: LTC, 2000. 
BLACKADDER, D.A. Manual de Operações Unitárias. São Paulo: Ed. Hemus, 2004. 
GOMIDE, R. Operações unitárias. Vol. I, II, III e IV. 1ed. São Paulo: do autor.