Apostila chemcad

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Curitiba 
2013 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CURSO DE 
INTRODUÇÃO AO CHEMCAD 
Para versão 6.x.x 
 
 
 
 
 
 
 
 
Bruno M. Pasquim 
Curso de Introdução ao ChemCad 
 
Autor: Bruno M. Pasquim Pag. 2 de 70 
 
Índice 
 
1. INTRODUÇÃO AO SOFTWARE: ........................................................................................................ 4 
1.1. Apresentação do Chemcad; .................................................................................................... 4 
1.2. Principais aplicações na Engenharia Química; ........................................................................ 4 
2. ETAPAS BÁSICAS DO SOFTWARE ..................................................................................................... 5 
2.1. Tela do software ...................................................................................................................... 5 
2.1.1. Chemcad Explorer ........................................................................................................... 6 
2.1.2. A Paleta ........................................................................................................................... 6 
2.1.3. Painel de Mensagens ....................................................................................................... 7 
2.1.4. Barra de menus ............................................................................................................... 7 
2.1.5. Barra de Ferramentas ...................................................................................................... 7 
2.2. Iniciando um novo projeto; ..................................................................................................... 8 
2.3. Selecionando o Sistema de Unidades; .................................................................................... 8 
2.4. Desenhando os fluxogramas: .................................................................................................. 9 
2.4.1. Principais operações; .................................................................................................... 10 
2.4.2. Conectando operações unitárias; ................................................................................. 10 
2.4.3. Ferramentas de desenho; ............................................................................................. 11 
2.4.4. Subpalletes .................................................................................................................... 11 
2.5. Selecionando componentes de correntes: ........................................................................... 12 
2.6. Determinação de propriedades termodinâmicas ................................................................. 13 
3. SISTEMAS DE BOMBEAMENTO ..................................................................................................... 14 
3.1. Conceitos básicos .................................................................................................................. 14 
3.2. Cálculo de sistema de bombeamento ................................................................................... 16 
3.2.1. ELABORAÇÂO DO FLUXOGRAMA .................................................................................. 16 
3.2.2. Inserção dos dados de entrada ..................................................................................... 17 
3.2.3. Simulação ...................................................................................................................... 19 
3.2.4. Obtenção de resultados ................................................................................................ 19 
3.3. Exercício Proposto ................................................................................................................. 21 
4. Trocador de Calor .......................................................................................................................... 22 
4.1. Noções gerais sobre trocadores de calor. ............................................................................. 22 
4.1.1. Trocador de calor casco e tubo ..................................................................................... 22 
4.1.2. Trocador de TUBO DUPLO. ............................................................................................ 22 
4.1.3. Trocador de PLACAS. ..................................................................................................... 23 
4.2. Utilizando Trocadores de Calor no Chemcad. ....................................................................... 24 
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4.2.1. Resolução de trocador de calor simples: ...................................................................... 24 
4.2.2. Resolução de trocador de calor para dois fluidos: ........................................................ 28 
4.2.3. Dimensionando um trocador de calor de casco e tubos............................................... 31 
5. DESTILAÇÃO FLASH ....................................................................................................................... 34 
6. DESTILAÇÃO................................................................................................................................... 38 
6.1. Noções gerais sobre o processo de destilação...................................................................... 38 
6.1.1. Torre de Absorção ......................................................................................................... 38 
6.1.2. Destilação Simples ......................................................................................................... 39 
6.1.3. Destilação Fracionada ................................................................................................... 40 
6.2. Aplicando o processo de destilação ao ChemCad ................................................................. 40 
6.2.1. IMPLEMENTANDO UMA COLUNA DE ABSORÇÃO......................................................... 41 
6.2.2. IMPLEMENTANDO UMA COLUNA DE destilação .......................................................... 44 
6.2.2.1. Apresentação de Resultados ..................................................................................... 49 
6.2.3. Exercício Proposto ......................................................................................................... 49 
7. ACESSÓRIOS E OUTRAS OPERAÇÕES UNITÁRIAS .......................................................................... 50 
7.1. Divider ................................................................................................................................... 51 
7.2. Valve ...................................................................................................................................... 52 
7.3. Mixer ..................................................................................................................................... 53 
8. TROCADOR DE CALOR DE MULTIPLAS CORRENTES ...................................................................... 54 
8.1. A Operação Unitária - LNGH .................................................................................................. 54 
8.2. Exercício 06 ........................................................................................................................... 55 
9. CALDEIRA ....................................................................................................................................... 56 
9.1. A Operação Unitária – Fired Heater ...................................................................................... 56 
9.2. Exercício 7 .............................................................................................................................57 
10. COMPRESSOR ................................................................................................................................ 58 
10.1. Operação Unitária - Compressor ....................................................................................... 58 
11. EXEMPLOS DE PROCESSOS ............................................................................................................ 60 
11.1. Separação de hidrocarbonetos ......................................................................................... 60 
11.2. Destilação do isobutano .................................................................................................... 61 
11.3. Separação de Propano e Propileno ................................................................................... 62 
11.4. Balanço em Usina de Produção de Eletricidade ................................................................ 63 
11.5. Remoção seletiva de Sulfeto de Hidrogênio (H2S) ........................................................... 68 
12. REFERÊNCIAS ................................................................................................................................. 70 
 
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1. INTRODUÇÃO AO SOFTWARE: 
 
1.1. Apresentação do Chemcad; 
 
O ChemCad é um programa simples de se aprender, e praticar é a melhor maneira 
de se aperfeiçoar. O ChemCad é um software responsável por resolver matematicamente 
problemas da Engenharia Química, isso não dispensa em nenhum momento o 
conhecimento do usuário no processo. O Chemcad deve ser utilizado para tornar mais 
rápido o procedimento de cálculo e facilitar a otimização de processos. 
O software é capaz de modelar processos contínuos, semi-contínuos e em batelada, 
além de realizar simulações de processos em estado estacionário e transiente. O Chemcad 
é utilizado extensivamente para projeto, operação e manutenção de processos químicos em 
uma ampla variedade de industrias, ex.: exploração, produção e refino de óleo e gás; 
processamento de gás; industria de commodities, farmacêutica, fabricação de 
equipamentos e etc. 
Todo processo químico a ser resolvido com auxilio do software passa basicamente 
pelas seguintes etapas: 
 
• Abrir o software e iniciar um novo arquivo (new job); 
• Selecionar o sistema de unidades de engenharia (engineering units); 
• Construção do fluxograma (flowsheet); 
• Seleção de componentes (materiais que fazem parte do processo, ex. água, 
metano, metanol, ácido acético, etc.); 
• Seleção das opções termodinâmicas; 
• Inserção de dados para as variáveis da corrente de alimentação (feed streams); 
• Inserção de dados dos equipamentos 
• Resolução do problema (running the simulation); 
• Relatório de resultados 
 
As etapas podem não ser executadas necessariamente nessa ordem, e conforme o 
projeto, algumas delas podem ser dispensáveis, de modo geral um problema resolvido no 
ChemCad vai passar por esse caminho. 
 
1.2. Principais aplicações na Engenharia Química; 
 
Nos primórdios da Engenharia Química, processos eram projetados e operados de 
forma empírica e artesanal. Com o tempo, a busca de processos mais eficientes, seguros, 
limpos e econômicos passou a demandar conhecimentos cada vez mais aprofundados 
sobre os fenômenos que se passam nos equipamentos, sobre métodos de cálculo e sobre a 
própria forma de conceber os processos. O projeto tornou-se uma atividade complexa e 
sofisticada. (PERLINGEIRO, 2005) 
A Engenharia de Processos é, justamente, a área da Engenharia Química que 
surgiu da necessidade de sistematizar o projeto de processos. Um conjunto de 
procedimentos simples, e até mesmo lúdicos, originados na Engenharia de Sistemas e na 
Inteligência Artificial, veio potencializar o conhecimento sobre Fenômenos de Transporte, 
Termodinâmica, Cinética e os diversos equipamentos. Eles tornaram o engenheiro químico 
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capaz de utilizá-los de forma estruturada no projeto de processos industriais. Abriu-se, 
assim, uma nova fronteira na Engenharia Química. Graças à Engenharia de Processos, 
projetos são hoje executados com maior rapidez, maior segurança e menor custo, 
resultando processos mais econômicos, seguros e ambientalmente integrados. Ao mesmo 
tempo, viabilizou-se o ensino do projeto de processos com disciplinas formais 
indispensáveis em qualquer curso moderno de Engenharia Química. Essas disciplinas 
promovem a integração do conhecimento adquirido nas disciplinas tradicionais e ampliam o 
horizonte dos alunos. Abordam, assim, processos integrados, problemas “em aberto” 
comportando diversas soluções e problemas de natureza lógica que vão além do cálculo 
rotineiro dos equipamentos. Este capítulo tem como finalidade descortinar essa nova 
fronteira da Engenharia Química. (PERLINGEIRO, 2005) 
 
2. ETAPAS BÁSICAS DO SOFTWARE 
 
2.1. Tela do software 
 
Ao iniciar o ChemCad a seguinte tela é apresentada, nela observamos: 
 
 Barra de títulos (nome do programa e projeto) 
 Barra de menus (File, Edit, View, Format, etc.) 
 Barra de ferramentas 
 
(New, Open, Save, Print, Cut, Copy, Paste, etc.) 
 Área Ativa ou de Trabalho 
 Barra de Status 
 
 
 
Área de Trabalho 
Painel de Mensagens 
CHEMCAD 
Explorer 
Paleta de Operações 
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2.1.1. CHEMCAD EXPLORER 
 
No canto esquerdo inferior da tela do Chemcad, pode-se encontrar três abas: Recent 
Files, Simulation e Visual Basic. O conteúdo de cada aba pode ser visualizado com um 
clique sobre elas. 
 
 
A aba Recent Files mostra os últimos arquivos de simulação abertos com o 
Chemcad no computador. Para abrir uma simulação que eventualmente esteja na lista basta 
dar um clique duplo, no entanto para eliminar um item da lista basta clicar com o botão 
direito do mouse sobre ele e selecionar “Remove file from list”. 
 Sempre que uma simulação esteja sendo realizada pode-se utilizar a aba Simulation 
como uma barra de atalho, onde pode-se encontrar várias ferramentas úteis como: 
Components, Thermodynamics, Flowsheet, etc. É possível ainda escolher se os ícones 
dessa aba serão grandes ou pequenos, para fazer tal escolha basta dar um clique com o 
botão direito do mouse em uma região em branco da aba. 
 Finalmente na aba Visual Basic, é possível acessar de forma rápida o modo de 
personalização de Reações, Propriedades ou Operações Unitárias no ChemCad com uso 
de linguagem de programação. 
 
2.1.2. A PALETA 
 
Todas as operações unitárias, utilidades e 
acessórios necessários para construir um 
fluxograma estão disponíveis na paleta ao longo do 
lado direito da tela do ChemCad. 
Todos os recursos disponibilizados nessa 
paleta são denominados UnitOps e estão 
organizados por função ou tipo, cada paleta pode 
ser selecionada com um clique sobre o respectivo 
nome. As opções são: 
 All UnitOps (opção padrão) 
 CHEMCAD 5 Symbols 
 Drawing Symbols 
 Heat Exchangers 
 Miscellaneous 
 Piping and flow 
 Reactors 
 Separators 
 Solids handling 
 
É possível ainda localizar o recurso desejado 
utilizando a barra de busca (Search for UnitOp(s)) e 
depois clicando em Go!. 
 
 
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2.1.3. PAINEL DE MENSAGENS 
 
O Painel de Mensagens está localizado na parte inferior central da janela do 
software, esse painel é apresentado mensagens em três abas: 
Errors and Warnings, Run Trace, e Notes. 
 Errors and Warnings: mostra mensagens de alerta e de errosque foram 
gerados durante a simulação do processo. 
 Run Trace: mostra mensagens de diagnóstico, sempre uma UnitOp não opera 
adequadamente pode-se ver as sugestões do programa para a solução do 
problema. 
 Notes: área para que o usuário adicione informações adicionais do processo, 
como os detalhes da simulações ou considerações feitas. 
 
2.1.4. BARRA DE MENUS 
 
 File: Opções para abrir, salvar e imprimir o projeto. 
 Edit: Opções de edição, Undo, Redo, Cut, Copy, Paste, Delete, Find, etc. 
 View: Ativar ou desativar visualizar de barras de ferramentas, além de opções de 
configuração da Paleta de ferramentas. 
o Grid Visible – exibir grade. 
o Change Grid Size – alterar tamanho da grade. 
 Format: Seleção do sistema de unidades, formatação de desenhos e texto. 
 Thermophysical: Seleção de dados termodinâmicos e componentes do processo. 
 Specifications: Entrada, edição e manipulação de correntes e operações unitárias. 
Outra maneira de adicionar esses dados é dando um duplo-clique sobre a corrente 
ou operação unitária. 
 Run: Usado para realizar a simulação (cálculos) Assim como definir a ordem de 
cálculo. 
 Report: Apresentar os relatórios de resultados. 
 Plot: Gerar gráficos através dos resultados calculados. 
 Sizing: Realizar cálculo de dimensionamento de vários tipos de equipamentos. 
 Tools: Acumula ferramentas para cálculos adicionais do processo. 
 Window: Configurar a exibição de janelas. 
 Help: Ajuda. 
 
2.1.5. BARRA DE FERRAMENTAS 
 
Os primeiros 7 botões da barra de ferramentas do ChemCad são velhos conhecidos 
e dispensam maiores comentários. 
As ferramentas para Zoom são apresentadas na barra de ferramentas 
 
 
 
Respectivamente temos: 
 
Zoom Percentage, Zoom In, Zoom Out, Zoom to fit, Zoom in at point, Zoom out at 
point, Zoom rectangle e Pan Overview 
 
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Dessas ferramentas de zoom se destaca a Zoom to fit, ela redimensiona o zoom de 
forma que todo o fluxograma apareça na tela. 
 
Após as ferramentas de zoom, são apresentados os seguintes ícones: 
 
 
Define Components: Abre janela para seleção dos componentes 
pertencentes ao processo. 
 
K-Valueoptions: abre a janela K-Value Options onde se seleciona os modelos 
matemáticos que regem o processo. 
 
Component List: Exibe uma lista com os componentes que fazem parte do 
processo. 
 
Edit Feed Steams: Abre uma janela onde é possível inserir e/ou editar todas 
os dados das correntes de alimentação do sistema. 
 
RunAll: Clicando nesse botão o software inicia a simulação de todo o 
processo. 
 Enthalpy options: Seleção de modelo matemático para entalpia e opções 
para serem usadas na simulação. 
 
Obs: Alguns desses botões podem inicialmente estar desabilitados, porém ao longo do 
curso e das simulações eles serão habilitados e podem ser utilizados. 
 
2.2. Iniciando um novo projeto; 
 
Para iniciar um novo projeto: 
 
Pode se utilizar o menu File > New 
ou através das teclas de atalho Ctrl+N 
ou mesmo pela barra de ferramentas 
 
2.3. Selecionando o Sistema de Unidades; 
 
O sistema de unidades que será utilizado no trabalho deve ser selecionado através 
do menu: Format>Engineering Units 
 
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A tela acima é apresentada, nela deve-se escolher as unidades para cada uma das 
variáveis, Tempo, temperatura, pressão, entalpia, etc. 
Os botões na parte inferior da tela permitem a escolha de sistemas métricos pré 
definidos, como English, Alt SI, SI e Metric. 
Todas as variáveis de entrada e resultados serão apresentados conforme as 
unidades que foram escolhidas. A qualquer momento durante o trabalho é possível voltar a 
tela das unidades e fazer uma alteração, sempre que uma unidade é alterada durante o 
trabalho o software executa automaticamente a conversão dos valores que foram atribuídos 
anteriormente. 
Na parte superior da tela, na aba Options and references, devem ser selecionadas 
as unidades de vazão das correntes, vazão total (Total Flow), ex. m³/h, ft³/min, etc., fração 
dos componentes (Component Flow), ex. fração molar, fração mássica ou fração 
volumétrica. 
 
2.4. Desenhando os fluxogramas: 
 
Em linguagem de engenharia química, todo o texto descrito apresentado é 
substituído por um desenho esquemático chamado de fluxograma (flowchart). Utilizando-se 
blocos ou outros símbolos que representam unidades de processos (reatores, destiladores, 
evaporadores, etc.) e linhas que indicam os caminhos de fluxo das matérias-primas e dos 
produtos, descreve-se o processo de forma simples e objetiva, através de uma coordenação 
seqüencial que integra as unidades de conversão química (reatores) às demais unidades de 
operações físicas (chamadas classicamente de operações unitárias). (FELDER e 
ROUSSEAU, 1999). 
 
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A figura abaixo apresenta um exemplo de fluxograma construído no Chemcad. 
 
 
 
2.4.1. PRINCIPAIS OPERAÇÕES; 
 
Para se adicionar um elemento ao fluxograma o mesmo deve ser selecionado na 
paleta e então deve se dar um clique na área em branco onde se deseja adicionar o 
elemento. 
Algumas UnitOps fundamentais são apresentadas abaixo: 
 
Feed: Elemento necessário em todos os fluxogramas, representa a 
corrente de alimentação do processo. 
 
Product: Elemento que representa a corrente de saída do processo, 
produtos. 
 
Pump: Bomba 
 
Pipe Simulator: Simulador de tubulações, nesse elemento são 
adicionadas todas as características de uma tubulação, ex.: diâmetro, 
comprimento, Schedule, cotovelos, joelhos, válvulas, etc. a partir dessas 
informações o software irá calcular as perdas de carga da tubulação. 
 
2.4.2. CONECTANDO OPERAÇÕES UNITÁRIAS; 
 
Por convenção, o ChemCad exige que toda corrente deve sair de uma operação 
unitária e se conectar a uma outra operação unitária. 
 
Stream: elemento responsável por conectar as operações unitárias, 
estabelece o fluxo no processo. 
 
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 Quando a ferramenta é acionada, deve-se então levar o mouse sobre uma das 
extremidades de uma operação unitária na tela (representada por um ponto vermelho ou 
azul) e dar um clique, levar o mouse até o destino da corrente e clicar novamente. 
 
2.4.3. FERRAMENTAS DE DESENHO; 
 
Algumas vezes se faz necessária a inserção de desenhos ou textos no fluxograma, 
dessa forma existe o paleta Drawing Symbols: 
 
 
Rectangle: Desenhar retângulos 
 
Ellipse: Desenhar círculos e elipses 
 
Line: Traçar linhas 
 
Multi-line: Traçar série de linhas conectadas uma as outras. Para finalizar 
o desenho deve se dar um duplo clique. 
 
Polygon: Ferramenta semelhante a Multi-line, porém ao finalizar a série de 
linhas o software conecta a ultima linha ao inicio do desenho fechando um 
polígono. 
 
Text: Ferramenta utilizada para inserir texto no fluxograma. 
 
Job Box: Adiciona uma tabela padrão onde podem ser adicionados dados 
do autor do projeto, data, versão, etc. 
 
 
2.4.4. SUBPALLETES 
 
Algumas ferramentas do ChemCad possuem Subpalletes, elas são barras de 
ferramentas desdobradas no elemento principal, apresenta então mais opções de objetos. 
Utilizando como exemplo o elemento Heat Exchanger, , clicando no canto 
inferior direito do ícone, uma subpallet é apresenta com mais opções de trocadores de calor. 
 
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As opçõesapresentadas nessas barras de ferramentas podem ser utilizadas 
simplesmente para facilitar a construção de um fluxograma, com variadas opções de 
direção, ou podem representar modelos padrões de equipamentos, os quais o ChemCad 
pode simular inclusive custo de projeto. 
 
2.5. Selecionando componentes de correntes: 
 
Após a construção do fluxograma do processo, inicia-se a etapa de simulação, onde 
os dados do problema devem ser inseridos no software. 
Os componentes que farão parte do projeto podem ser escolhidos através do botão 
para seleção dos componentes (Define Components) , ou através da CHEMCAD 
Explorer na aba Simulation, . 
 
 
 
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Os componentes disponíveis na biblioteca do programa aparecem no quadro à 
esquerda, os componentes são então selecionados e adicionados ao processo através do 
botão (Add). Para remover um componente, basta selecioná-lo e clicar sobre o 
botão Delete. O botão Clear remove todos os componentes do projeto. 
O quadro de texto “Search” pode ser utilizado para localizar o componente pelo 
nome. 
O botão Copy from another simulation é utilizado para se adicionar ao projeto atual 
todos os componentes já utilizados em outro trabalho previamente salvo. 
 
2.6. Determinação de propriedades termodinâmicas 
 
O Chemcad possui vários métodos de cálculos disponíveis em seu banco de dados 
quando é necessário uma abordagem específica em determinado processo essas opções 
podem ser alteradas facilmente. 
Quando se deseja utilizar as opções padrão de cálculo, basta selecionar o Assistente 
do software, K-ValueWizard no menu ThermoPhysical, a seguinte janela aparece: 
 
 
Nessa janela podem ser inseridas as faixas limite de temperatura e pressão para o 
processo, inserindo esses dados o software escolhe automaticamente qual a melhor opção 
termodinâmica para os cálculos. 
Para maiores detalhes dos modelos termodinâmicos e opções disponibilizadas pelo 
ChemCad, pode-se utilizar o botão “Help” 
 
 
 
Ao inserir os dados e clicar em OK, o software mostra o método escolhido para os 
valores de K e H 
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Ao clicar em OK, a janela K-ValueOptions aparece, nela pode-se observar as 
opções pré determinadas pelo software e alterá-las se necessário. 
 
 
 
 
3. SISTEMAS DE BOMBEAMENTO 
 
3.1. Conceitos básicos 
 
O bombeamento é uma operação elementar e básica em qualquer situação 
industrial. Sua principal função é movimentar fluídos, ou seja, mover os mesmos de um a 
outro ponto do processo da indústria em questão. Dificilmente serão encontradas indústrias 
químicas que não possuam, ao menos, em uma etapa de seu processo o emprego de 
bombas. 
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As funções que essas bombas podem empregar são inúmeras. Vão desde bombas 
dosadoras, utilizadas em indústrias cosméticas e farmacêuticas, que necessitam de muita 
precisão nas formulações, até bombas centrífugas de alta vazão, utilizados em sistemas de 
tratamento de efluentes nas grandes indústrias alcooleiras. 
Na indústria geralmente encontram-se com facilidade as bombas centrífugas, mas 
podem também ser encontradas bombas de diafragma, engrenagens e pistonadas, todas 
dependendo de sua aplicação específica. 
Algumas particularidades devem ser consideradas em cálculo de sistemas de 
bombeamento. Uma delas é o NPSH (Net Positive Suction Head), que é a altura 
diretamente ligada ao estudo da cavitação.A determinação das condições de cavitação de 
uma instalação de bombeamento dependem de dois fatores, o NPSH disponível (que 
depende da instalação) e o NPSH requerido (característico de cada bomba). 
O fenômeno de cavitação, é basicamente, a erosão dos componentes do sistema 
hidráulico (rotor e tubulação), causada o colapso de pequenas bolhas de vapor (formadas 
em zonas de baixa pressão) existentes no fluído, nos referidos componentes. 
Essas bolhas são formadas, quando a pressão do fluido se torna muito baixa a uma 
determinada temperatura, devido à presença de curvas, válvulas e demais acessórios de 
perda de carga, como aparece na curva abaixo: 
 
 
 
Quando essas bolhas recebem um acréscimo de pressão (no rotor da bomba), elas 
“implodem” causando danos como pequenas trincas, que ao longo do tempo deterioram a 
bomba. 
Para evitar esse fenômeno, deve se respeitar a seguinte regra: NPSH disponível pelo 
sistema deve ser igual ou superior ao NPSH requerido pela bomba. 
 
 
 
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3.2. Cálculo de sistema de bombeamento 
 
3.2.1. ELABORAÇÂO DO FLUXOGRAMA 
 
Um fluxograma para sistemas de bombeamento é apresentado abaixo: 
 
Para construir esse fluxograma, e posteriormente rodar a simulação, se faz 
necessária a inserção dos dados de entrada, e o correto manuseio das operações unitárias 
inseridas no processo. 
Para que a seqüência de todas as operações do Chemcad seja lógica e de fácil 
compreensão, seguiremos a ordem sugerida na sessão 1.1 desta apostila. É importante 
lembrar que a ordem desse procedimento não é uma regra, mas sim um facilitador. 
Ao se iniciar uma nova rotina no Chemcad, é indicado que se salve o projeto, para 
isso é utilizado o botão , é aberta a janela “Salvar Como”. Deve-se selecionar um nome e 
local para a simulação, a fim de salvar o trabalho. 
Deve-se selecionar o sistema de unidades a ser utilizado no menu Format, 
Engeneering units. Para esse exemplo será utilizado o SI (sistema internacional), e 
manualmente serão alteradas as unidades de pressão (Pressure) para “bar” e para a guia 
Mass/Mole, selecionar kg. 
A partir dessa etapa será construído o fluxograma. Primeiramente, deverá 
selecionada na Graphics Pallete, a opção Feed. Logo após, o Pipe Simulator, Pump 
(bomba), novamente um Pipe Simulator, e por fim a guia Product. Tem-se na seqüência: 
 
 
 
Deve-se conectar essas operações, uma a uma, através da ferramenta Stream, que 
correspondem às correntes de entrada e saída de cada processo. 
 
 
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Após esses passos, o fluxograma já estará pronto para receber as correntes de 
entrada do problema a ser resolvido. 
 
3.2.2. INSERÇÃO DOS DADOS DE ENTRADA 
 
O problema a ser simulado, trata-se de um bombeamento de água (500kg/h) onde a 
sucção tem desnível de 5 metros, e a bomba necessita suprir uma altura de 10 metros para 
o destino. A água encontra-se a pressão atmosférica (~1bar) na origem, e o tanque de 
destino possui uma pressão interna de 2 bar absolutas. Á água está a 35ºC. Supõem-se 
uma eficiência da bomba de 80%. Os acessórios e válvulas estão listados na tabela abaixo: 
 
Local Acessório/Válvula Qtde 
Sucção Válvula Gaveta 3 
Sucção Cotovelo Padrão 90º 2 
Sucção “T” Run 1 
Sucção Comprimento 18m 
Recalque Válvula Globo 2 
Recalque Cotovelo Padrão 45º 1 
Recalque Saída 1 
Recalque Comprimento 54m 
 
Determinar: Altura manométrica da bomba (HEAD); 
 Potência da bomba; 
 Diâmetro da tubulação; 
 
Agora já é possível executar a seleção do componente, através do botão Select 
Components. Deve ser selecionado o componente Water, selecionado o botão Add, e então 
Ok. As propriedades termodinâmicas também podem ser selecionadas através do menu 
Thermo Physical> K Value Wizard como explicado na seção 2.7. 
Agora, os dados do problema podem ser inseridos no processo. Ao dar um duplo 
clique na primeira corrente (stream 1 - ), se abrirá uma janela, e osseguintes dados 
devem ser inseridos: 
 
Parâmetro Stream 1 Valor Unidade 
Stream Name Alimentação 
Temperatura 308 K 
Pressão 1 bar 
Vazão de Água 500 Kg/h 
 
Após a inserção dos dados, clicar em ok. As demais streams não precisam ser 
preenchidas, somente a pressão de destino deve ser inserida na stream 4 - ). As demais 
propriedades e dados serão calculados na simulação. 
 
Parâmetro Stream 4 Valor Unidade 
Stream Name Descarga em 
Tanque 
 
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Pressão 2 bar 
 
Agora, devem ser preenchidos os dados das operações unitárias. 
 
 Pipe Simulator (Sucção) - : 
Com um duplo clique no ícone do Pipe Simulator, seleciona-se as condições da 
corrente de sucção da bomba. Primeiramente, determina-se o método de cálculo que o 
software irá utilizar (Method). Neste caso será utilizado o método “2 Single Phase Flow”. 
Logo abaixo, a opção de dimensionamento (Sizing Option), selecionar a opção “1 Design, 
Single phase flow”, por se tratar de um escoamento em única fase: água em estado líquido. 
Deve-se especificar o comprimento da tubulação (Pipe Length – 18m). Elevation 
Change, é o valor do desnível da tubulação, em relação a próxima operação unitária, ou 
seja, se a tubulação está “acima” o valor deve ser positivo, se estiver “abaixo”, informar valor 
negativo. Neste caso, Elevation Change: 5m). 
Na guia Valves, digitar o número de válvulas, como sugerido no exemplo, na caixa 
de texto ao lado da sua descrição. No nosso caso: Gate Valve – 3. Na guia Fittings, seguir o 
mesmo procedimento: Standard Elbow 90deg – 2; Tee 100% flow-thr run – 1. 
Os demais campos: Proprieties, utiliza propriedades padrões tabeladas para a 
substância escolhida, e a guia Calculated Results, aponta os resultados após a simulação. 
 
 Pump - : 
Com um duplo clique no ícone Pump, selecionam-se condições de operação da 
bomba. As informações que precisam ser fornecidas são: eficiência (Efficiency), 80%, ou 
0,80, e pressão de descarga (output pressure). Este último não podemos definir com 
clareza, por se tratar de um dado desconhecido. É preciso sugerir uma pressão, para 
verificar qual será a pressão no destino. Trata-se de um método estimativo. Uma boa 
estimativa inicial pode ser a pressão de 6 bar. 
 Pipe Simulator (Recalque) - : 
Com um duplo clique no ícone do Pipe Simulator. Primeiramente, determina-se o 
método de cálclo que o software irá utilizar (Method). Neste caso será utilizado o método “2 
Single Phase Flow”. Logo abaixo, a opção de dimensionamento (Sizing Option), selecionar a 
opção “1 Design, Single phase flow”. 
Deve-se especificar o comprimento da tubulação (Pipe Length – 54m). O Desnível da 
tubulação é de 10m positivos, ou seja, Elevation Change: 10m. 
Na guia Valves, digitar o número de válvulas, como sugerido no exemplo, na caixa 
de texto ao lado da sua descrição. No nosso caso: Globe Wing – 2. Na guia Fittings, seguir o 
mesmo procedimento: Standard Elbow 45 deg – 1; Exit for Pipe – 1. 
. 
Com todos os dados do problema inserido, pode-se rodar a simulação. 
 
 
 
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3.2.3. SIMULAÇÃO 
 
Para rodar a simulação deve-se selecionar o menu RUN, e escolher a opção Run All. 
Se não houver nenhum erro (Error) ou aviso (Warning) pode-se verificar os resultados. 
A seguinte janela de alerta deve aparecer: 
 
 
 
 O alerta se deve a formação de vapor na tubulação de sucção da bomba, o que 
fatalmente levará a bomba a Cavitação! Isso acontece pois a bomba gera vácuo na 
tubulação de sucção, a queda de pressão aliada a temperatura da água promove a 
evaporação. 
 Altere a elevação da tubulação (Pipe Simulation) para 1m e realize a simulação 
novamente. 
Agora é necessário fazer o ajuste da pressão do recalque da bomba. Deve se 
verificar a pressão de destino, que deve ser de 2 bar. A medida que essa pressão está 
acima do valor estipulado, deve se diminuir o dado de entrada (6 bar) no campo Output 
Pressure, na configuração da bomba, até que se obtenha a pressão de saída desejada. 
É importante lembrar que a cada modificação feita nos dados de entrada do 
processo, deve-se rodar a simulação novamente para atualizar os resultados. 
 
3.2.4. OBTENÇÃO DE RESULTADOS 
 
 
Os resultados para essa simulação são facilmente visualizados. Podem ser 
observados no próprio fluxograma, abrindo-se as propriedades das referidas operações 
unitárias. Pipe Simulator, na guia Calculated Results. O menu principal da bomba também já 
trás as informações necessárias. 
As correntes (Streams) também contém dados termodinâmicos de temperatura, 
pressão e entalpia. 
Para que os resultados sejam compilados e apresentados em um arquivo de texto, 
gera-se um relatório. O relatório pode ser gerado para resultados de composição ou 
propriedades das correntes. 
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Para um relatório da composição de cada corrente utilize-se o menu: 
Report> Stream Compositions> All Streams 
ou o ícone da barra de ferramentas: 
Esse relatório compila informações de Temperatura, pressão, entalpia e vazão de cada 
corrente. 
 
 Para obter um relatório com as propriedades do projeto utilize-se o menu: 
Report> Stream Proprieties> All Streams. 
ou o ícone da barra de ferramentas: 
O relatório de propriedades retorna detalhes de cada corrente, como: temperatura crítica, 
pressão crítica, densidade, viscosidade, etc. 
Para apresentar o relatório das operações unitárias envolvidas, deve-se seguir os 
passos: Report> Unit Ops> Então selecionar as operações no fluxograma a serem 
detalhadas. 
É gerado um arquivo texto que pode ser impresso ou salvo na máquina, esses 
arquivos são organizados em guias abaixo da área trabalho do software. 
 
 
 
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3.3. Exercício Proposto 
 
Para o fluxograma apresentado abaixo, adicionar o componente água a simulação. Considerara para ambas as correntes uma vazão 
de 5000 kg/h, temperatura de 25ºC e pressão de 1 bar. 
Após simular, ajustar as pressões de saída das bombas, para garantir uma mesma pressão de entrada no mixer. 
 
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4. TROCADOR DE CALOR 
 
4.1. Noções gerais sobre trocadores de calor. 
 
Um trocador de calor é um equipamento que efetua a transmissão de calor de um 
fluido para outro. O processo de troca térmica entre dois fluidos em diferentes temperaturas, 
e separados por uma fronteira sólida, é um processo comum em muitas aplicações da 
engenharia, e o dispositivo usado para este fim é o trocador de calor, que tem aplicações 
específicas no aquecimento e no resfriamento de ambientes, no condicionamento de ar, na 
produção de energia, na recuperação de calor e no processamento químico. (Cursos Essel 
online, 2011) 
Existem muitas formas desses equipamentos, indo desde o simples tubo duplo, com 
uns poucos metros quadrados de superfície de troca de calor, até os complexos 
condensadores e evaporadores de superfície, com milhares de metros quadrados de 
superfície de troca de calor. Entre esses extremos há uma vasta fama de trocadores 
comuns do tipo casco-tubos. Essas unidades são largamente empregadas porque podem 
ser construídas com grandes superfícies de troca de calor num volume relativamente 
pequeno, podem ser fabricadas em ligas para resistir à corrosão, e são adequadas para 
aquecimento, resfriamento, evaporação ou condensação de todas as espécies de fluidos. 
4.1.1. TROCADOR DE CALOR CASCO E TUBOTrocadores de calor casco e tubo consistem de uma série de tubos. Um conjunto 
destes tubos contém o fluido que deve ser ou aquecido ou esfriado. O segundo fluido corre 
sobre os tubos que estão sendo aquecidos ou esfriados de modo que ele pode fornecer o 
calor ou absorver o calor necessário. O conjunto de tubos é chamado feixe de tubos e pode 
ser feita de vários tipos de tubos: simples, longitudinalmente aletados, etc. Trocadores de 
calor casco e tubos são normalmente utilizados para aplicações de alta pressão (com 
pressões superiores a 30 bar e temperaturas superiores a 260°C). Isso ocorre porque os 
trocadores de calor casco e tubo são robustos, devido à sua forma. 
4.1.2. TROCADOR DE TUBO DUPLO. 
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O trocador duplo tubo (figura acima) é composto por dois tubos concêntricos, 
geralmente com trechos retos e com conexões apropriadas nas extremidades de cada tubo 
para dirigir os fluidos de uma seção reta para outra. Este conjunto em forma de U é 
denominado grampo, o que permite conectar vários tubos em série. Neste tipo de trocador, 
um fluido escoa pelo tubo interno e outro pelo espaço anular, a troca de calor ocorre através 
da parede do tubo interno. 
As principais vantagens são: facilidade de construção e de montagem, ampliação de 
área, facilidade de manutenção e de acesso para limpeza. 
 
4.1.3. TROCADOR DE PLACAS. 
 
 
O trocador de placas (Figura 3) consiste de um suporte, onde placas independentes 
de metal, sustentadas por barras, são presas por compressão, entre uma extremidade 
móvel e outra fixa. Entre placas adjacentes formam-se canais por onde os fluidos escoam. 
 
 
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4.2. Utilizando Trocadores de Calor no Chemcad. 
 
O uso da operação unitária de troca térmica no Chemcad é simples e adicionado ao 
fluxograma da mesma forma das outras operações unitárias. 
O botão que representa o trocador de calor é o Heat Exchanger: 
A subpallete para a ferramenta Heat Exchanger apresenta as seguintes opções: 
 
 
4.2.1. RESOLUÇÃO DE TROCADOR DE CALOR SIMPLES: 
 
Para exemplificar a resolução de uma simulação com trocador de calor, 
resolveremos a troca térmica do seguinte fluxograma: 
 
Os dados a serem inseridos nas correntes e operação unitária são apresentados na 
tabela abaixo: 
 
Componente utilizado Water 
Temperatura da Alimentação (ºC) 70 
Pressão da Alimentação (Bar) 2 
Vazão da Alimentação (kg/h) 5000 
Temperatura desejada (ºC) 25 
Troca de calor da Utilidade (kcal/kg) 50 
 
Para adicionar os dados na corrente de alimentação, mude o modo de uso do 
ChemCad para Simulation então basta dar um clique duplo no ícone . 
Os dados devem ser inseridos conforme figura abaixo: 
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 Após a inserção dos dados, clique no botão OK. 
 Para inserir os dados da operação unitária (trocador de calor) clique duas vezes 
sobre o trocador de calor. A seguinte janela irá aparecer: 
 
 
 
 A princípio, iremos utilizar o ChemCad para determinar a vazão de utilidade 
necessária para aquecer o componente alimentado. Dessa forma na aba Specifications 
devemos preencher somente a temperatura desejada, nesse caso Temperature of stream 2 
= 25ºC. 
Para determinar a vazão necessária da utilidade é necessário utilizar a aba Utility 
Rating na janela acima e inserir a capacidade de troca térmica do fluido, suponhamos que 
seja 50 kcal/kg, insira esse valor no campo Utility Heat Value. 
Atenção para as unidades!!! 
Após inserir os dados clicar em OK e realizar a simulação clicando no botão RunAll
. 
Para ver os resultados, clicar duas vezes sobre a operação unitária. 
 
Anote o resultado da vazão de utilidade utilizada ______________ kg/h 
 
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Exercício1 
 
Utilizando o mesmo fluxograma adicione o componente NaOH – Sodium Hydroxide. 
Altere a composição da corrente de entrada para: 
 
Componente utilizado Fração Mássica 
Water 0.75 
Sodium Hydroxide 0.25 
 
Vazão total da corrente de entrada: 5000 kg/h 
 
Verifique o que acontece com o trocador de calor. 
 
O que mudou? 
 
 
Porque? 
 
 
 
Continuando a resolução de problemas com trocador de calor simples, considerando 
o fluxograma abaixo. 
 
 
 Para determinar a quantidade de calor necessária para elevar o fluido até a 
temperatura desejada utiliza-se a tela da operação unitária: 
 
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 Pode-se determinar a temperatura de saída do fluido, como no exemplo 
anterior. (Temperatureofstream2); 
 É possível determinar a fração de vapor desejada para a corrente de saída 
(Vapor fraction for stream2); 
 Ou mesmo determinar a variação de temperatura desejada (Delta T stream 2 
– stream1). 
 
O campo Pressure Drop é utilizado para especificar a perda de carga atribuída ao 
equipamento. 
Como exemplo fazer uma simulação para determinar a quantidade de calor 
necessária para transformar 1000kg/h de água a 50ºC e 1 bar, em vapor. 
 
Resultado: 
 
 
 
Obs.: Calcule a variação de entalpia da corrente de saída para a corrente de entrada. 
H_____________ kcal/h. Conhece esse valor? 
 
 
 
Exercício2 
 
Suponhamos que temos desejamos resfriar 5000 kg/h de uma solução de água e 
cloreto de sódio com uma concentração de 10% em massa, localizada em um reservatório 
aberto,7 metros acima do trocador de calor. 
O trocador de calor utilizado é de casco e tubos com uma perda de carga de 2 bar, a 
solução resfriada é armazenada em um tanque atmosférico 17 metros acima do trocador de 
calor. 
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a) Desenhe o fluxograma que representa esse sistema; 
b) Calcule a quantidade de calor trocada para que a solução seja resfriada de 80ºC 
para 35ºC. 
c) É necessário utilizar mais operações unitárias além do trocador de calor? Quais? 
 
 
4.2.2. RESOLUÇÃO DE TROCADOR DE CALOR PARA DOIS FLUIDOS: 
 
Para muitos processos industriais é necessário e vantajoso o reaproveitamento de 
energia. Esse reaproveitamento pode ser obtido através da troca térmica entre 2 fluidos do 
processo. 
Suponha que existe um fluido que necessita ser aquecido e outro resfriado, esses 
fluidos podem compor as correntes de um trocador de calor e otimizar o processo. 
Para utilizar esse recurso no Chemcad é necessário utilizar a subpallete para os 
trocadores de calor. 
 
Escolher então a 5ª opção (Heat Exchange #5) 
 
Para exemplificar o uso desse recurso construa o seguinte fluxograma: 
 
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 Conforme indicado na figura insira 2 componentes: Water e Ammonia. 
 
 Insira os dados somente para as correntes de entrada: e . 
 
 Ao entrar nas propriedades do trocador de calor a tela que aparece é diferente da 
anterior: 
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 No campo Utility Option, é possível determinar se o software deve calcular a vazão 
de uma das correntes de entrada. Para o exemplo deve-se escolher a opção 1 Calculate 
flow of Stream 3. 
 Dessa forma o software vai calcular a vazão necessária de Amônia para resfriar o 
fluido. 
 A temperatura desejada para o fluido é colocada no campo Temperaturestream2. 
 Deve-se adicionar uma informação para a corrente de amônia para que o softwareconheça as condições de saída da Amônia, dessa forma preenchemos o campo Vapor 
fraction stream 4 = 1. Dessa forma o software considera que a Amônia não deve condensar. 
 Os campos Pressure Drops:é utilizado para se especificar a perda de carga 
proporcionada pelo trocador de calor. Utilizamos no exemplo Stream 1 = 1 bar e Stream 3 = 
0.5 bar. 
 Após adicionar essas informações, realizar a simulação e o Chemcad deve realizar 
os cálculos de troca térmica para o trocador projetado. 
 
 
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4.2.3. DIMENSIONANDO UM TROCADOR DE CALOR DE CASCO E TUBOS. 
 
Além de determinar a quantidade de uma utilidade necessária para realizar 
determinada troca térmica, é importante o dimensionando do equipamento. 
O Chemcad apresenta um método de cálculo pronto para determinar as 
características de um trocador de casco e tubos. 
Para realizar o cálculo, iremos utilizar um fluxograma simples com entrada, trocador 
de calor e saída, como no exercício 1. 
 
 
Após inserir as informações conforme a figura acima, selecione o trocador de calor, 
clique no menu Sizing e então na opção Shell & Tube, para dimensionar um trocador de 
calor de casco e tubos. 
Aparece então uma janela para que as informações da utilidade sejam inseridas. 
Note que se a utilidade for composta por uma substância diferente das utilizadas no sistema, 
ela deve ser adicionada a lista de componentes anteriormente. 
 
 Suponhamos que utilizaremos água a uma temperatura de 5ºC, vazão de 2000 kg/h 
e pressão de 1 bar. Deve ser estimada uma vazão de utilidade, mesmo ela podendo ser 
recalculada automaticamente pelo software posteriormente. 
 Após inserir os dados e clicar em OK a janela Utility Specifications será apresentada, 
nela é determinado o lado onde a utilizada vai escoar (tubo ou carcaça), é sugerida uma 
perda de carga, e deve ser determinada a condição de saída da utilidade, através da vazão, 
temperatura de saída ou fração de vapor da saída. 
Preencha os dados conforme a figura abaixo e clique em OK 
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 Automaticamente será apresentado um relatório para a composição das correntes 1, 
2 e 3, sendo a corrente 3 a corrente da utilidade utilizada para o resfriamento. 
 A próxima janela é utilizada para determinar como será a curva de aquecimento no 
trocador de calor. Ao clicar em OK o gráfico será apresentado. 
 O botão Wizard é utilizado para formatar o gráfico, assim como o botão Print é 
utilizado para a impressão 
 
 Ao clicar em OK no gráfico irão aparecer outras janelas, todas elas servem para 
especificar detalhes do trocador de calor, a principio vamos clicar em OK em todas, até que 
o seguinte menu apareça. 
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 A finalidade do curso é apresentar uma introdução ao Chemcad, dessa forma não 
iremos entrar em detalhes de cada recurso, somente serão citadas as funções presentes em 
cada botão do menu Shell and Tube Exchanger 
 
Heat Curve Generation – Gera o gráfico de troca de calor (mesmo apresentado acima) 
Edit Heat Curve – Editar os valores plotados no gráfico 
General Specifications – Determinar especificações gerais do trocador, por exemplo o 
número de passes do trocador, dar nome para as correntes da carcaça e dos tubos, etc. 
Exchanger Geometry – Abre um sub-menu para se especificar a geometria específica do 
equipamento, tubos, carcaça, chicanas, etc. 
Calculate – Realiza o cálculo novamente, deve ser usado quando uma alteração é feita 
para se atualizar os dados. 
View Results – Mostra um menu com todos os relatórios possíveis de serem gerados para 
o trocador de calor 
Plot – Mostra um menu com opções de gráficos que podem ser plotados. 
Report Generation – Recurso específico para gerar relatórios elaborados do equipamento, 
é possível colocar informações de cabeçalho e escolher diversos relatórios diferentes de 
resultados e compilar no mesmo arquivo. 
Save Configuration – Salva as configurações atuais do equipamento 
Re-entre Stream Information – Inserir novamente as informações da corrente de 
alimentação da “utilidade”. 
Re-initialize Exchanger – Reinicia o projeto do equipamento. 
 
 
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5. DESTILAÇÃO FLASH 
 
5.1. Noções gerais sobre Destilação Flash. 
 
A destilação é o método de separação baseado no fenômeno de equilíbrio líquido – 
vapor de misturas. Em termos práticos, quando temos duas ou mais substâncias formando 
uma mistura líquida, a destilação pode ser um método adequado para purificá-las, basta que 
tenham volatilidades razoavelmente diferentes entre si. Um exemplo de destilação que tem 
sido feita desde a antiguidade é a destilação de bebidas alcoólicas. A bebida é feita pela 
condensação dos vapores de álcool que escapam mediante o aquecimento de um mosto 
fermentado. Como o teor alcoólico na bebida destilada é maior do que aquele no mosto 
caracteriza – se aí um processo de purificação. 
O caso mais simples de uma separação por destilação é a Destilação Flash. 
Normalmente, a corrente de alimentação (líquido) é aquecida num permutador de calor, 
passando depois por um “flash” adiabático (despressurização rápida) que dá origem a duas 
correntes saturadas, uma de líquido e outra de vapor, em equilíbrio. O tanque “flash” permite 
facilmente a separação e remoção das duas fases. A figura abaixo apresenta um esquema 
de destilação Flash. 
 
 
 
 
A Destilação “Flash” só permite um grau de separação razoável se a diferença de 
volatilidade entre os dois compostos a separar (A e B) for elevada. 
A Destilação Flash (comum nas refinarias de petróleo) usa-se, normalmente, para 
um primeiro tratamento da mistura, sendo as duas correntes produzidas submetidas a 
tratamentos de destilação subseqüentes. 
 
5.2. Utilizando Flash como separador gás/líquido. 
 
Uma das utilidades da operação unitária Flash no Chemcad é como separador gás 
líquido. Em algumas operações na indústria química uma linha é composta por fluidos nas 
fases líquida e gasosa e é necessário separar as fases dessa corrente. O tambor Flash se 
torna então um separador gás/líquido. 
A na Pallette o ícone que representa o flash é: 
Ao clicar com o botão direito do mouse a subpalette é mostrada: 
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Para o exemplo de cálculo construa o fluxograma abaixo e insira os dados da 
corrente de entrada conforme a figura. Para isso é utilizado o Flash #1 
 
 Ao clicar duas vezes sobre a operação unitária a seguinte janela é apresentada 
 
 
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Para o cálculo da destilação Flash, nessa janela é escolhido em Flash Mode, a 
primeira opção 0 Use inlet T and P; calculate V/F andHeat, nessa opção o chemcad utiliza a 
temperatura e a pressão da corrente de entrada (inlet) e calcula a fração de vapor (V/F) e a 
troca térmica (Heat). 
Clique em OK e realize a simulação. 
Gere o Report para as correntes e verifique o que aconteceu, as condições de 
temperatura e pressão da entrada vão permanecer e na corrente de topo a composição será 
predominantemente de CO2 com uma fração de vapor igual a 1, o líquido sai então pela 
corrente de fundo. 
 
 
Exercício 4 
 
Considere uma corrente de alimentação composta Benzeno e Tolueno, a fração 
mássica de Tolueno é de 0,5. A temperatura é de 93ºC a pressão de 1 bar. Utilize um 
separador gás/líquido e determine a fração molar das correntes de topo e fundo.Corrente de topo Corrente de fundo 
Fração Benzeno Fração Benzeno 
Fração Tolueno Fração Tolueno 
 
 
 
5.3. Flash Isotérmico. 
 
O Flash isotérmico é uma das operações mais comuns da indústria, é utilizada para 
gerar vapor de uma corrente líquida utilizando a queda de pressão, ou seja, um fluido 
aquecido e pressurizado tem uma queda brusca de pressão ao entrar no flash e parte dele 
evapora. 
Como exemplo, vamos utilizar uma solução de água e sacarose conforme o 
fluxograma abaixo. 
 
 
É usada a mesma operação unitária Flash #1. Em suas configurações escolhemos o 
Flash Mode: 6Specify P; isentropic flash. 
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Nesse modo especificamos a pressão do vaso e ele calcula automaticamente as 
vazões e composições das linhas de saída. 
Após especificar os dados, basta clicar em OK e depois realizar os cálculos. 
Observe que o vapor que sai no topo é praticamente livre de sacarose e é gerado 
através de um equipamento que não apresenta custos operacionais. 
 
 
Exercício 5 
 
Considere uma corrente de alimentação com os componentes listados na tabela de 
dados, eles devem ser resfriados até -5ºF e os componentes que condensaram devem ser 
separados. 
 
Dados: 
 
Corrente de alimentação 
T (ºF) 75 
P (psia) 200 
Nitrogênio (lbmol/h) 100,19 
Metano(lbmol/h) 4505.48 
Etano (lbmol/h) 514 
Propano (lbmol/h) 214 
i-Butano (lbmol/h) 19,2 
n-Butano (lbmol/h) 18,18 
i-Pentano (lbmol/h) 26,4 
n-Pentano (lbmol/h) 14 
n-Hexano(lbmol/h) 14 
 
A perda de carga admissível na troca térmica é de 10 psi. 
 
 Construa o fluxograma, calcule as correntes de saída. 
 Temperatura da corrente de saída = _____________ºC 
Vazão da corrente de topo = ______________ lbmol/h 
Troca térmica no trocador de calor = ____________________ MJ/h 
 
O que poderia ser feito para otimizar esse processo? Como poderíamos reaproveitar 
energia? 
 
 
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6. DESTILAÇÃO 
 
6.1. Noções gerais sobre o processo de destilação 
 
O objetivo dos processos de separação é fundamentalmente obter produtos com 
maior grau de pureza, provenientes de uma mistura de compostos químicos. Numa planta 
química, apesar do reator ser o coração da unidade, os equipamentos destinados para a 
separação de produtos e reagentes são os que efetivamente vão garantir o lucro da maioria 
das empresas. (BLACKADDER & NEDDERMAN, 2004) 
Os processos de separação são, em geral, processos que envolvem duas ou mais 
fases a fim de aproveitar o fato de que as mistura tendem a ter concentrações diferentes 
quando são forçadas a passar de uma fase para outra. De uma maneira genérica, os 
compostos mais voláteis (leves) têm maior facilidade para migrar (ou permanecer) para a 
fase gasosa, enquanto os compostos menos voláteis tendem a ficar nas fases líquida ou 
sólida. (BLACKADDER & NEDDERMAN, 2004) 
A destilação leva em conta o equilibro entre fases em uma mistura. Três leis regem 
esse processo de separação. São elas, a lei de Dalton, que consiste na pressão parcial do 
componente, sendo a pressão total do sistema multiplicado por sua fração molar de vapor; a 
lei de Raoult, que trata da mesma proporcionalidade em termos da fração molar em fase 
líquida; e a lei de Henry está associada à solubilidade dos componentes da mistura. 
Combinadas, regem o comportamento do equilíbrio líquido-vapor em um processo de 
separação. 
Os processos de separação podem ser encontrados de várias formas. Há processos 
de absorção, esgotamento, extração e destilação. 
 
6.1.1. TORRE DE ABSORÇÃO 
 
Dentre muitos dos processos industriais de separação, a absorção é o primeiro a ser 
abordado no presente curso. Essa operação unitária é utilizada usualmente para remover 
um gás contaminante de uma mistura de gases, e transferi-lo a um solvente. Vamos partir 
do seguinte exemplo: 
Considere um soluto na forma de vapor (por exemplo, amônia), misturado com um 
gás, a ser chamado de "inerte" (por exemplo, ar). Esse nome de inerte deve-se a que ele 
permanecerá sempre na fase gasosa, não será transportado. Deseja-se remover o soluto da 
mistura gasosa. Essa necessidade pode estar ligada à sua recuperação (minimizar a perda 
da amônia) ou a um problema ambiental (minimizar a poluição da atmosfera pela amônia). 
Observe que está se falando de "minimizar" a perda ou a poluição, não de uma remoção 
total completa, o que fisicamente seria impossível. Pode-se chegar a retirar 99,999 % do 
soluto presente inicialmente, mas não 100,000 %, devido às restrições de transporte de 
massa. (SONG & SALVAGNINI, 2011). 
A retirada do soluto (amônia) será feita através de um "solvente físico" (por exemplo, 
água) ou um "reagente químico" (por exemplo, uma solução ácida). No primeiro caso, a 
remoção dá-se através da solubilidade da amônia na água (processo físico); no outro caso, 
a amônia reage com o ácido (processo químico). Dependendo do caso, um ou outro método 
pode ser mais interessante e econômico. Para o exemplo em questão, a absorção física é a 
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mais recomendada, pois a água é um ótimo solvente para a amônia, é barata, não é tóxica, 
não é tão volátil, não é corrosiva, não é viscosa, nem inflamável e é quimicamente estável. 
(SONG & SALVAGNINI, 2011). 
Em termos de aplicações industriais, pode-se citar diversos exemplos de absorção, 
tais como na purificação de gases de combustão, remoção de CO2 na fabricação de amônia, 
recuperação de solutos (SO2, acetona, HCl, etc.) em processos diversos. 
 
 
6.1.2. DESTILAÇÃO SIMPLES 
 
Destilação Simples é um processo que permite a separação de um líquido de uma 
substância não volátil (tal como um sólido, p.ex.), ou de outros líquidos que possuem uma 
diferença no ponto de ebulição maior do que cerca de 80º C. É um método rápido de 
destilação, e deve ser usado sempre que possível - é uma técnica rápida, fácil e, se 
respeitado seus limites, eficaz. 
 
 
 
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6.1.3. DESTILAÇÃO FRACIONADA 
 
A Destilação Fracionada é empregada quando a diferença entre os pontos de 
ebulição dos líquidos da mistura é menor do que 80º C. Um aparelho mais sofisticado e um 
pouco mais de tempo são necessários. 
Na indústria as torres de destilação são facilmente encontradas, principalmente no 
ramo petrolífero. As misturas de hidrocarbonetos e demais componentes do petróleo não 
podem ser separada por destilação simples, justamente pela pouca diferença dos seus 
respectivos pontos de ebulição. 
 
 
 
 
6.2. Aplicando o processo de destilação ao ChemCad 
 
A resolução de problemas de destilação no ChemCad, pode ser realizada de vários 
modos, dependendo dos dados conhecidos e das variáveis informadas. 
Serão abordados exemplos de colunas de absorção, colunas de destilação 
fracionadas. 
 
 
 
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6.2.1. IMPLEMENTANDO UMA COLUNA DE ABSORÇÃO 
 
Para iniciar a implementação uma coluna de absorção no ChemCad, desenhamos o 
fluxograma abaixo, iniciando pela seleção da coluna. 
 
 
Deve-se alterar algumas opções no K VALUE OPTION (menu Thermophysical 
opção Thermodynamic Settings) : 
Global K Value Option NRTL 
Vapor Fugacity/Poyntin Corrention No Correction 
Global Phase Option: Vapor/Liquid/Solid 
 
A coluna a ser utilizada para realizar a simulação correta de um processo de 
abosorção é a SCDS Column, localizada na pallete e inidicada peloícone . 
 
A subpallete apresenta várias opções para esse tipo de processo, como verificado 
abaixo: 
 
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A opção correta a escolher, devido a forma de alimentação e ao processo em 
particular, onde não é utilizado condensador e referevedor; é a quinta opção: 
 
 
Para o nosso exercício utilizemos os seguintes dados de entrada: 
Para Stream 1: 
 
Componentes presentes Water 
Temperatura da Alimentação (ºC) 30 
Pressão da Alimentação (Bar) 1 
Vazão da Alimentação (lbmol/h) 
Water 
 
500 
 
 
Para Stream 2: 
 
Componentes presentes Ammonia 
Air 
Temperatura da Alimentação (ºC) 15 
Pressão da Alimentação (Bar) 1 
Vazão da Alimentação (lbmol/h) 
Ammonia 
Air 
 
4 
16 
 
Para Unit Op 1: 
 
 
Número de Estágios 4 
Estágio de Alimentação Stream 1 1 
Estágio de Alimentação Stream 2 4 
 
Após desenhar o fluxograma representado, basta dar um clique duplo no ícone e 
, e adicionar respectivamente os dados como representado abaixo: 
 
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 Para adicionar os dados ao Absorvedor, basta clicar sobre sua representação no 
fluxograma, e adicionar os dados como representado a seguir: 
 Na guia General, adicionar o número de estágios, e respectivos estágios de 
alimentação. Os estágios de alimentação significam a altura na qual cada uma das correntes 
de processo (Stream) alimentará na torre. 
 
 
 
 
Na guia Convergence, alterar o modo de convergência para Reload Column Profile. 
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Após a inserção dos dados, clicar em OK. A simulação pode ser rodada. Para tal, 
basta selecionar a opção Run Simulation. 
 
Pergunta-se: 
 
Qual vazão de amônia na corrente de fundo? _________________ 
 
Essa eficiência pode ser melhorada? De qual modo? 
 
 
 
 
6.2.2. IMPLEMENTANDO UMA COLUNA DE DESTILAÇÃO 
 
Os processos de destilação fracionada são mais complexos que os processo de 
absorção. Geralmente deve-se tratar muitos componentes nas correntes, e isso dificulta os 
cálculos de convergência. 
Para iniciar a implementação uma coluna de destiilação no ChemCad, desenhamos 
o fluxograma abaixo, iniciando pela seleção da coluna. 
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A coluna a ser utilizada para realizar a simulação correta de um processo de 
destilação fracionada é a TOWER , localizada na pallete e inidicada pelo ícone . 
 
A subpallete apresenta várias opções para esse tipo de processo, como verificado 
abaixo: 
 
A opção correta a escolher, onde é utilizado condensador e refervedor; é a primeira 
opção, identificada por TOWR #1: 
 
Para o nosso exercício utilizemos dos seguintes dados de entrada: 
 
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Para Stream 3: 
Componentes presentes N-Hexano 
N-Heptano 
N-Octano 
N-Nonano 
N-Undecano 
N-Tridecano 
N-Tetradecano 
Temperatura da Alimentação (ºF) 400 
Pressão da Alimentação (Bar) 2 
Vazão da Alimentação (gmol/h) 
N-Hexano 
N-Heptano 
N-Octano 
N-Nonano 
N-Undecano 
N-Tridecano 
N-Tetradecano 
 
40 
35 
25 
30 
40 
50 
60 
 
Para Unit Op 1: 
 
 
Número de Estágios 24 
Estágio de Alimentação Stream 3 12 
Taxa de Refluxo Fundo (V/B) 0,65 
Taxa de Refluxo Topo (R/D) 0,80 
 
Após desenhar o fluxograma representado, basta dar um clique duplo no ícone , 
e adicionar respectivamente os dados como representado abaixo: 
 
 
 
 Para adicionar os dados á coluna de Destilação, basta clicar sobre sua 
representação no fluxograma, e adicionar os dados como representado a seguir: 
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 Na guia General, adicionar o número de estágios, e respectivos estágios de 
alimentação. Os estágios de alimentação significam a altura na qual cada uma das correntes 
de processo (Stream) alimentará na torre. 
 
 
 
Na guia Specefications, alterar o modo de especificação de condensador para 
Reflux Ratio (R/D), que é a taxa de de refluxo/destilado; e a especificação do refervedor 
para Vapor/Bottoms mole flow ratio (V/B), que é a taxa de escoamento de evaporado no 
fundo/fundo total. 
 
 
 
Na guia Convergence, alterar o modo de convergência para Reload Column Profile. 
 
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Após a inserção dos dados, clicar em OK. A simulação pode ser rodada. Para tal, 
basta selecionar a opção Run Simulation. 
 
Pergunta-se: 
Como são apresentadas as correntes de saída? Esses valores são fisicamente 
prováveis? 
 
 
 
 
Como se apresentaram as gastos energéticos para o condensador e o refervedor? 
Como podemos melhorar esse desempenho para a coluna? 
 
 
 
 
 
Em que implica o aumento da pressão de operação da coluna? 
 
 
 
 
 
Alterando as taxas de Refluxo no condensador/refervedor temos alguma grande 
variação nas correntes de saída? Porque? 
 
 
 
 
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6.2.2.1. Apresentação de Resultados 
 
O perfil de temperatura ao longo dos estágios: 
 
E o perfil de vazão dos componentes: 
 
6.2.3. EXERCÍCIO PROPOSTO 
 
Promova uma destilação água/etanol aplicando os conceitos vistos ao longo do 
curso. Utilize um trocador de calor para aquecer a solução da temperatura ambiente (20ºC) 
até 35ºC. Como dados de entrada na coluna, utilize 3000 kg/h de água e 5000 kg/h de 
etanol, a 1 bar de pressão. A perda de carga no trocador de calor é de 0,5 bar. A 
temperatura de condensação (subcooled temp) deve estar entre 60 e 85ºC. O número de 
estágios da torre deve ser no máximo de 15 estágios. 
Determine o melhor estágio para a alimentação e as taxas de refluxo R/D e V/B, a 
fim de otimizar a concentração de etanol no topo da coluna. A vazão total no topo deve ser 
obrigatoriamente superior a 3500 kg/h. Qual a fração molar de água e etanol obtidos no topo 
respectivamente? 
 
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7. ACESSÓRIOS E OUTRAS OPERAÇÕES UNITÁRIAS 
 
Nesse capitulo serão abordados algumas operações que podem ser utilizadas, mas 
por serem mais simples não necessitam de aprofundamento na sua explanação. 
 
Divisor (DIVIDER) 
 
Divide as correntes. É possível pré-
definir as ordens da divisão. 
Misturador (MIXER) 
 
Une duas ou mais correntes. Oferece 
suporte para assumir determinada 
pressão de saída. 
Válvula de Processo 
(VALVE) 
 
Determina a pressão de saída e pode 
estar totalmente aberta ou totalmente 
fechada. 
 
 
Como exemplo, desenhar o seguinte fluxograma: 
 
 
 
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As correntes de entrada e operações unitárias: bomba, trocador de calor e pipe 
simulator; já podem ser configuradas, baseadas nos seguintes dados de entrada 
Para Stream 1: 
 
Componentes presentes Water 
Temperatura da Alimentação (ºC) 30 
Pressão da Alimentação (Bar) 6 
Vazão da Alimentação (kg/h) 
Water 
 
5000 
 
Para Unit Op 3: 
 
Pressão de saída (bar) 2 
Eficiência 0,80 
 
 Para Unit Op 5: 
 
Perda de pressão (bar) 0.5 
Temperatura de Saída (ºC) 80 
 
Para Unit Op 6: 
 
Elevação (m) 20 
Comprimento (m) 200 
Válvula Pé 2 
Válvuals Gaveta 2 
Cotovelo 45º 5 
Cotovelo 90º 3 
“T” out-branch 2 
 
7.1.Divider 
 
Aplicar as seguintes condições ao divider: 
Para Unit Op 1: 
 
Corrente de Saída 1 (kg/h) 2000 
Corrente de Saída 2 (kg/h) 3000 
 
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 Essas configurações permite que o acessório divida a corrente em duas. 
 
7.2. Valve 
 
Aplicar as seguintes condições a válvula: 
Para Unit Op 2: 
 
Pressão de saída (bar) 2,5 
 
 
 
Dessa forma a pressão de saída estará pré-definida. A opção Close Valve 
Completely no momento ficará desmarcada. 
 
 
 
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7.3. Mixer 
 
Aplicar as seguintes condições ao Mixer: 
Para Unit Op 4: 
 
Pressão de saída (bar) 2 
 
 
 
Dessa forma a pressão de saída estará pré-definida. 
 
Após a inserção dos dados, clicar em OK, e rodar a simulação. Verificar se as 
pressões estão de acordo. É interessante rodar a simulação com a opção Close Valve 
Completely da válvula selecionada. Verifique o comportamento da temperatura nos dois 
casos, na corrente de saída. 
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8. TROCADOR DE CALOR DE MULTIPLAS CORRENTES 
 
8.1. A Operação Unitária - LNGH 
 
No Chemcad é possível utilizar várias correntes ao mesmo tempo em um único 
equipamento e realizar a troca térmica. O objetivo é otimizar o processo e envolver várias 
correntes em um processo de troca de calor. 
Esse equipamento é representado pela figura: e é chamado de Multi-
stream Exchanger (LNGH). 
De forma simplificada podemos dizer que esse equipamento é a compilação de 
vários trocadores de calor em um só. 
Considerando o fluxograma de processo exemplo: 
 
 
Desenhe fluxograma no Chemcad, ao acessar o Multi-Stream Exchanger a seguinte 
tela será apresentada: 
 
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Nessa janela deve ser especificada a perda de carga para cada corrente (Pressure 
drop) depois selecionado no campo Mode qual a condição de saída do fluido, é necessário 
entrar com informações para N-1 correntes, ou seja, se você tem 5 correntes de entrada, 
deve ser especificada a condição de saída para 4 delas, a quinta corrente será calculada 
pelo Chemcad. 
 Nesse exemplo utilizamos 3 correntes de entrada, portanto temos 3 correntes de 
saída e precisamos especificar as condições de saída de 2 delas. Vamos adotar os dados 
apresentados na figura acima. 
 Após o cálculo a mesma janela do Multi-stream Exchanger irá apresentar a 
quantidade de calor trocada por cada corrente e a troca de calor total Overall Heat Duty. 
 
 
8.2. Exercício 06 
 
 Construa um fluxograma para realizar as mesmas trocas térmicas do modelo acima, 
porém utilize trocadores de calor separados. 
 Dica: existem várias maneiras de se fazer, compare os resultados de troca de calor 
total. 
 
 
 
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9. CALDEIRA 
 
9.1. A Operação Unitária – Fired Heater 
 
A operação unitária Fired Heater representa um aquecedor a combustão, podemos 
utilizá-la para simular uma caldeira aquecida com um combustível qualquer. 
Na Graphics Palette a Fired Heater é representada pelo seguinte ícone: 
 
 Como exemplos vamos considerar o fluxograma abaixo, geração de vapor. 
 
 
 
 Após construir o fluxograma e adicionar as informações para a corrente de 
alimentação, ao acesso a operação unitária a seguinte janela será apresentada: 
 
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 O campo Temperature out é o único de preenchimento obrigatório, nele 
especificamos a temperatura da corrente de saída de vapor. Os campos opcionais e suas 
funções são: 
 Pressure drop: perda de carga no equipamento, como exemplo usaremos 1 
kg/cm². 
 Fuel heating value: capacidade de calorífica do combustível utilizado para 
aquecimento, sendo dada em Btu/scf, onde scf é standard cubic foot (medida 
de volume). Usaremos o gás natural como exemplo 961 Btu/scf 
 Thermal efficiency: Eficiencia térmica do sistema usaremos o valor padrão de 
75% (0.75). 
 
Após clicar em OK e realizar a simulação os campos Heat Absorbed e Fuel usage 
são preenchidos com o calor absorvido pelo fluido (água nesse caso) e a quantidade de 
combustível necessária. 
 
9.2. Exercício 7 
 
Resolva o seguinte sistema: 
O trocador de calor é encontrado na biblioteca , 
 
 
Os dados para as correntes são: 
 
Corrente Componente Vazão Temperatura Pressão 
1 Água 20.000 kg/h 25 ºC 7 kg/cm² 
6 Metanol 500 kg/h 10 ºC 1 kg/cm² 
7 Etanol 5.000 kg/h 25 ºC 1.5 kg/cm² 
8 Isopropanol 3.000 kg/h 25 ºC 2 kg/cm² 
9 Acetona 5.000 kg/h 10 ºC 1.5 kg/cm² 
 
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 Parte do vapor gerado na caldeira deve ser usado para aquecer ao máximo todos os 
componentes que entram no trocador de calor de forma que eles não vaporizem dentro do 
equipamento. 
 Em contrapartida todo o vapor que entra no trocador de calor deve ser condensado 
de forma a aproveitar todo o calor latente de condensação, sua perda de carga no trocador 
de calor é de 2 kg/cm². 
 
Determine: 
 
 
 
Troca térmica total no trocador de calor: _____________ kW 
 
10. COMPRESSOR 
 
10.1. Operação Unitária - Compressor 
 
O compressor é um equipamento industrial concebido para aumentar a pressão de 
um fluido em estado gasoso. Normalmente, conforme a equação de Clapeyron, a 
compressão de um gás também provoca o aumento de sua temperatura. 
Como exemplo construa o fluxograma a seguir com as suas respectivas correntes de 
entrada e variáveis de processo. 
 
Corrente Variável Resposta 
3 Vazão 
5 
Vazão 
Temperatura 
Pressão 
10 Temperatura 
11 Temperatura 
12 Temperatura 
13 Temperatura 
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Ao acessar as informações do compressor a seguinte tela é apresentada: 
 
 
 Na opção Mode of Operation: é determinada o tipo de informação que será fornecida 
ao software para realização da simulação, por exemplo, estipular pressão de saída e 
eficiência, especificação potencia atual e eficiência e etc. 
 Na opção Compressor model type é escolhido o tipo de compressor, se é adiabático 
ou politropico. 
 Insira a pressão de saída e a eficiência de 0.6. 
 Veja os resultados, especialmente da temperatura de saída, altere a eficiência e 
observe o que é alterado. 
 
 
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11. EXEMPLOS DE PROCESSOS 
 
11.1. Separação de hidrocarbonetos 
 
Considerando o fluxograma abaixo que foi construído no exercício 5 da aula 2. O 
objetivo era purificar a corrente de entrada de forma a eliminar o Nitrogênio, Metano, Etano 
e Propano. Porém após a destilação flash a corrente de fundo ainda apresenta uma 
quantidade considerável desses componentes, principalmente etano e propano. 
Para purificar ainda mais a corrente 6 construa o fluxograma abaixo utilizando a torre 
de destilação TOWER somente com reboiler e sem condensador. 
 
 
 A Valvula (4) é utilizada para redução de pressão da corrente 6 para 125psi. 
 Na torre de destilação deve se definir a pressão de topo com 125. A coluna possui 12 
pratos e o prato de entrada é o número 1. 
 O objetivo é reduzir a fração molar de propano para 0.01 na corrente de fundo. 
 Para fins de cálculo pode-se estimar as temperaturas de topo e de fundo