Aula 2 (2) Introdução aos Processos Químicos Dimensões e Unidades Grandezas

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ESTEQUIOMETRIA INDUSTRIAL
Prof. Me. Elenilson Tavares Cabral
170101295@prof.uninassau.edu.br
1
Fração Molar, Fração Mássica e Peso Molecular Médio
Dada um espécie A, considera-se as seguintes expressões para o cálculo das suas
composições:
Fração Mássica:
Fração Molar:
Peso Molecular Médio:
Composição Química
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Principais Variáveis de Processo
𝑥A =
𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝐴
𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
𝑦𝐴 =
𝑚𝑜𝑙𝑠 𝑑𝑒 𝐴
𝑚𝑜𝑙𝑠 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑖𝑠
𝑀𝑀 =෍
𝑗=1
𝑛
𝑦𝑗𝑀𝑀𝑗 = 𝑦1𝑀𝑀1 + 𝑦2𝑀𝑀2+. . . +𝑦𝑛𝑀𝑀𝑛
𝑘𝑔
𝑘𝑔𝑚𝑜𝑙
1 – Uma solução contém 18% em massa de A e 19% em
mols de B.
a) Quantos kg de A estão presentes em 250 kg de solução?
b) Quantos kg de B estão presentes em 160 kgmol de
solução.
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Principais Variáveis de Processo
Exemplo
2 – Uma mistura de gases tem a seguinte composição mássica:
O2 25,0%
N2 75,0%
Qual é a composição molar?
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Principais Variáveis de Processo
Exemplo
A pressão é definida como uma força normal
exercida por um fluido por unidade de área. O
termo pressão só é válido para líquidos e gases.
Para sólidos o termo correto é tensão normal.
A unidade de medida de pressão é N/m2 = Pa, mas
um pascal é muito pequeno para quantificar
pressões de problemas práticos. Com isso, utiliza-
se muito os seus múltiplos kilopascal (kPa = 103 Pa)
e o megapascal (MPa = 106 Pa). Outras unidades
de pressão também são muito utilizadas, tais
como: o bar, o atm (atmosfera padrão) e o
kilograma-força por centímetro quadrado.
Pressão
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Principais Variáveis de Processo
A pressão real em determinada posição é chamada de
pressão absoluta e é medida com relação ao vácuo.
A maioria dos dispositivos medidores de pressão são do
tipo diferencial e medem a diferença de pressão do fluido
e a atmosfera local (pressão relativa). A pressão medida
pode ser mais alta ou mais baixa que a pressão
atmosférica local, nomeando-se cada caso como:
1. pabs > patm Pressão manométrica pman = pabs – patm
2. pabs < patm Pressão vacuométrica pvac = patm – pabs
Pressão
31
Principais Variáveis de Processo
Pressão
32
A figura a seguir apresenta as
relações das pressões
absolutas e relativas em um
diagrama.
Principais Variáveis de Processo
33
A pressão manométrica de um gás é -32 mmHg
em um ponto onde a pressão atmosférica é 747
mmHg. De que outra maneira pode ser expressa
a pressão do gás em mmHg?
Resp.: Pabs = 715 mmHg
Pvac = 32 mmHg
Exemplo
Principais Variáveis de Processo
Pressão em Um Ponto
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A pressão é a força de compressão por unidade de área,
dando a impressão de ser um vetor, mas a pressão em
qualquer ponto do fluido será a mesma em qualquer
direção, sendo portanto um escalar.
Princípio de Pascal: diz-se que a pressão aplicada a
superfície de um fluido em repouso é transmitida
igualmente a todos os pontos do fluido.
𝑤 =
𝜌 ⋅ 𝑔
2
𝛥𝑥𝛥𝑧𝛥𝑦
Principais Variáveis de Processo
𝑃 =
𝐹
𝐴
, Se: 𝑃1 = 𝑃2 → Então:
𝐹1
𝐴1
=
𝐹2
𝐴2
Variação da Pressão com a Profundidade
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Foi apresentado que a pressão em um fluido em repouso não
varia na direção horizontal. Entretanto, esse não é o caso na
direção vertical na presença de um campo de gravidade.
Teorema de Stevin: A diferença de pressão entre dois pontos no
interior de um líquido é diretamente proporcional ao desnível
vertical entre eles, em relação à superfície livre do líquido.
A pressão em um fluido aumenta com a profundidade, porque
mais fluido se apoia nas camadas inferiores, e o efeito desse
“peso extra” em uma camada mais profunda é equilibrado por
um aumento na pressão.
𝜟𝑷 = 𝑷𝟐 − 𝑷𝟏 = 𝝆 ⋅ 𝒈 ⋅ 𝜟𝒛 = 𝜸𝜟𝒛
𝜟𝒚 = 𝟏
Principais Variáveis de Processo
Variação da Pressão com a Profundidade
36
Se considerarmos o ponto 1 na superfície livre de um
líquido aberto para a atmosfera, conforme mostrado na
figura ao lado, para o qual a pressão passa a ser a
pressão atmosférica, Patm , então a pressão em uma
profundidade h da superfície livre torna-se:
𝑷 = 𝑷𝒂𝒕𝒎 + 𝝆 ⋅ 𝒈 ⋅ 𝒉
Principais Variáveis de Processo
Os medidores de pressão podem ser
classificados em função do método
utilizado para a aferição, sendo eles:
- Métodos de elementos elásticos:
tubos de Bourdon, diafragmas;
- Métodos de coluna líquida:
manômetros;
- Métodos elétricos: por tensão,
transdutores piezoelétricos.
Medidores de Pressão
37
Principais Variáveis de Processo
Manômetros
Mostrador
Bourdon
Este dispositivo mede a diferença de pressão através da
variação da elevação Dz em um fluido em repouso. Ele é
normalmente utilizado para medir diferenças de
pressão pequenas e moderadas.
Um manômetro consiste basicamente em um tubo em
forma de U, de vidro ou plástico, contendo um ou mais
fluidos como água, mercúrio, álcool ou óleo.
Quando se prevê diferenças de pressão elevadas,
utiliza-se fluidos pesados tais como o mercúrio, pois
assim suas dimensões serão mais práticas.
O Manômetro
Principais Variáveis de Processo
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𝑷𝟏 + 𝝆𝟏 ⋅ 𝒈 ⋅ 𝒅𝟏 = 𝑷𝟐 + 𝝆𝟐 ⋅ 𝒈 ⋅ 𝒅𝟐 + 𝝆𝒇 ⋅ 𝒈 ⋅ 𝒉
Equação geral do manômetro
Os manômetros são muito adequados à medição da
queda de pressão entre dois pontos especificados de
uma seção de escoamento horizontal.
A queda de pressão se dá devido a presença de um
dispositivo tal como uma válvula, trocador de calor ou
qualquer resistência ao escoamento.
O Manômetro em Ação
𝜟𝑷 = 𝑷𝟏 − 𝑷𝟐 = 𝝆𝒇 − 𝝆 𝒈 ⋅ 𝒉
Principais Variáveis de Processo
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1 - A pressão de um gás em uma tubulação é medida
com um manômetro de mercúrio de extremo aberto.
O nível do mercúrio no braço conectado à linha é 18
mm mais alto que o nível no braço aberto. Qual é a
pressão manométrica do gás?
2 – A pressão de um gás puxado através de uma linha
por uma bomba de vácuo é medida com um
manômetro de mercúrio com extremo aberto, e
obtém-se a leitura de -5 cm. Qual a pressão
manométrica do gás em mmHg e a pressão absoluta
se Patm = 762 mmHg?
Exemplo
Principais Variáveis de Processo
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𝑃1 − 𝑃2 = ℎ
Manômetro para gases:
Muitos problemas de engenharia envolvem a sobreposição de
vários fluidos imiscíveis de diferentes densidades. A análise se dá da
seguinte forma:
• A variação de pressão em um tubo de altura h é DP = rgh.
• Em determinado fluido a pressão aumenta para baixo e diminui
para cima.
• Dois pontos em uma mesma altura em um fluido contínuo em
repouso estão a mesma pressão (Lei de Pascal).
O Manômetro de Vários Fluidos
𝑷𝟏 = 𝑷𝒂𝒕𝒎 + 𝝆𝟏 ⋅ 𝒈 ⋅ 𝒉𝟏 + 𝝆𝟐 ⋅ 𝒈 ⋅ 𝒉𝟐 + 𝝆𝟑 ⋅ 𝒈 ⋅ 𝒉𝟑
Principais Variáveis de Processo
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Temperatura
Principais Variáveis de Processo
A temperatura é a medida da energia
interna de uma substância. Na maioria
dos casos utiliza-se a escala Celsius,
porém muitas aplicações requerem
outras escalas, tais como as indicadas
ao lado.
,
,
,
,
42
1 - Converta:
a) 20 °F para °C
b) 295 K para °C
c) 80 °F para K
Principais Variáveis de Processo
Exemplo
,
,
,
,
43
2 – Considere o intervalo entre as
temperaturas 10 °F e 160 °F.
Calcule as temperaturas e o
intervalo entre elas em °C.
Principais Variáveis de Processo
Exemplo
,
,
,
,
44