Lista 1- Balanço de Massa e Energia

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BALANCO DE MASSA E ENERGIA 
1
a
 LISTA DE EXERCÍCIOS - 2014.2 
 
1) Seu manual mostra que a gravação um microchip segue aproximadamente a relação: 
 
200 tcom 2,162,16 .021,0   td 
 
 
na qual d é a profundidade da gravação em microns (micrômetros, m) e t é o tempo de gravação em segundos. Quais são 
as unidades associadas aos números 16,2 e 0,021? Converta a relação de forma que d seja expresso em polegadas e t 
possa ser usado em minutos. 
 
2) Uma placa de orifício é usada para medir a vazão de um fluido em tubos. A vazão está relacionada à queda de pressão 
pela seguinte expressão: 
 

P
cv

 .
 
 
na qual v é a velocidade, ΔP é a queda de pressão, ρ é a densidade do fluido e c uma constante. Qual a unidade de c no 
sistema de unidades SI? 
 
3) Uma semente de cristal de diâmetro d (mm) é colocada em uma solução de sal dissolvido, e se observa a formação 
(nucleação) de novos cristais a uma taxa constante r (cristais/minuto). Experimentos realizados com sementes de vários 
diâmetros mostram que a taxa de nucleação varia com o diâmetro da semente segundo 
 
mm) em (d .10.200min)(cristais/ 2ddr 
 
 
a) Quais são as unidades das constantes 200 e 10? 
b) Calcule a taxa de nucleação de cristais em cristais/s correspondente a um diâmetro de cristal de 0,050 polegadas; 
c) Deduza uma fórmula para r (cristais/s) em termos de d (polegadas). Cheque a fórmula usando o resultado da parte b. 
 
4) A fórmula de Francis para cálculo da vazão volumétrica através de vertedores é dada por: 
 
q = 3 . (L + 0,2.h).h
3/2
 
 
na qual q vale para gal/min, L e h em in (polegadas). Ache a fórmula equivalente que vale para q em m
3
/s e L e h em 
metros. 
 
5) Calcule a densidade do mercúrio em lb/ft
3
 a partir da densidade relativa tabelada de 13,546 a 20
o
C, e o volume em cm
3
 
ocupado por 215 kg deste mercúrio. 
 
6) Se uma solução com 70% de glicerol tem uma densidade relativa de 1,184 a 15
o
C, quais são os valores da densidade da 
solução expressos em: (a) g/cm
3
; (b) lb/ft
3
 e (c) kg/m
3
. 
 
7) Quantas lb de NaOH existem em 7,50 g moles de NaOH? 
 
8) Uma solução 15% em massa de A (xA = 0,15) e 20% em mol de B (yB = 0,20). 
 
a) Calcule a massa de A em 175 kg de solução; 
b) Calcule a vazão mássica de A em uma corrente de solução com vazão de 53 lb/h. 
c) Calcule a vazão molar de B em uma corrente de solução com vazão de 1000 mol/min. 
d) Calcule a vazão total da solução que corresponde a uma vazão molar de 28 kmol/s de B. 
e) Calcule a massa da solução que contém 300 lb de A. 
9) Ácido sulfúrico comercial tem 98% de H2SO4 e 2% de H2O. Qual é a razão molar de H2SO4 para H2O? 
 
10) Um composto contém 50% de enxofre e 50% de oxigênio em massa. A fórmula empírica do composto é: 
 
a) SO b) SO2 c) SO3 d) SO4 
 
11) Quantos quilos de carvão ativado devem ser misturados a 38 kg de areia, de forma que a mistura final tenha 28% de 
carvão em peso na mistura. 
12) Uma mistura gasosa contém 40 lb de O2, 25 lb SO2 e 30 lb SO3. Qual é a composição da mistura em frações molares? 
 
13) Uma solução aquosa 0,50 molar de ácido sulfúrico entra em uma unidade de processo com uma vazão de 1,25 
m
3
/min. A densidade relativa da solução é 1,03. Calcule: 
 
a) A concentração mássica do H2SO4 em kg/m
3
; 
b) A vazão mássica de H2SO4 em kg/s; 
c) A fração mássica do H2SO4. 
 
14) Uma solução de HNO3 em água tem densidade relativa de 1,10 a 25
o
C. A concentração do HNO3 corresponde a 15 
g/L de solução. Determine: 
 
a) A fração molar de HNO3 na solução; 
b) a concentração em ppm de HNO3 
 
15) Calcule o peso molecular médio do ar a partir das composições molares aproximadas: 79% de N2 e 21% O2. 
 
16) Uma mistura de 23,2% d H2, 35,4% de N2 e 41,4% de CO2 à pressão de 200 kPa e temperatura de 150
o
C ocupa o 
volume de 10m
3
. Considerando o comportamento ideal, calcule as pressões parciais e os volumes dos componentes puros. 
 
17) Uma mistura contém 10% molar de álcool etílico (C2H6O), 75% molar e de acetato de etila (C4H8O2) e 15% molar de 
ácido acético (C2H4O2). Calcule as frações mássicas de cada componente. Qual é o peso molecular médio da mistura? 
Qual seria a massa (kg) de uma amostra contendo 25 kmol de acetato de etila? 
 
18) Uma solução de cloreto de sódio na água, está saturada a uma temperatura de 15
o
C. Calcule o peso de NaCl que pode 
dissolver-se em 100 lb desta solução, se ela for aquecida a uma temperatura de 65
o
C. 
Dados: Solubilidade do NaCl a 15
o
C = 6,12 lb-mol / 1000 lb de água 
 Solubilidade do NaCl a 65
o
C = 6,37 lb-mol / 1000 lb de água 
 
RESPOSTA: NaCl dissolvido em 100 lb da solução inicial 1,08 lb. 
 
19) Depois de um processo de cristalização, uma solução de cloreto de cálcio na água contém 62 lb de CaCl2 por 100 lb 
de água. Calcular o peso desta solução necessário para dissolver 250 lb de CaCl2 . 6 H2O a uma temperatura de 25
o
C. 
Dados: Solubilidade do CaCl2 a 25
o
C 7,38 lb-mol / 1000 lb de água 
 
RESPOSTA: Peso total necessário da solução dada igual a 209 lb. 
 
20) Uma solução de nitrato de sódio na água, a uma temperatura de 40
o
C, contém 49% de NaNO3, em peso. 
a) Calcular a porcentagem de saturação desta solução; 
b) Calcular o peso de NaNO3 que pode cristalizar de 1000 lb desta solução, reduzindo a temperatura a 10
o
C. 
c) Calcular o rendimento, em porcentagem, do processo. 
Dados: Solubilidade do NaNO3 a 40
o
C = 51,4% em peso; 
 Solubilidade do NaNO3 a 10
o
C = 44,5% em peso. 
 
RESPOSTA: a) % de saturação igual a 91% 
 b) Peso dos cristais e NaNO3 igual a 81 lb 
 c) Rendimento igual a 16,5% 
 
21) Uma solução de dicromato de potássio na água contém 13% de K2Cr2O7, em peso. De 1000 lb desta solução 
evaporam-se 640 lb de água. A solução residual arrefece-se a 20
o
C. Calcular a quantidade e o rendimento, em 
percentagem, de cristais de K2Cr2O7, que se obtém. 
Dados: Solubilidade do K2Cr2O7 a 20
o
C = 0,390 lb-mol por 1000 lb de água. 
 
RESPOSTA: Peso de K2Cr2O7 formado 103,6 lb e Rendimento: de 79,7%. 
 
22) Uma solução de sulfato de sódio na água está saturada à temperatura de 40
o
C. Calcular o peso de cristais e o 
rendimento, em porcentagem, que se obtém pelo arrefecimento de 100 lb desta solução à temperatura de 5
o
C, sabendo que 
o cristal formado é o sulfato de sódio decahidratado (Na2SO4 10 H2O). 
Dados: A 40
o
C existe 32,6% em peso de Na2SO4 
 A 5
o
C existe 5,75% em peso de Na2SO4 
 
RESPOSTA: Peso de Na2SO4 10 H2O formado 69,5 lb e Rendimento: de 94%.