UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CAMPUS BLUMENAU CURSO DE ENGENHARIA TÊXTIL APOSTILA BALANÇOS DE MASSA E ENERGIA Professora: Cintia Marangoni Doutorando: Rodrigo Battisti Blumenau 2017 SUMÁRIO INTRODUÇÃO ................................................................................................................... 6 1 DIMENSÕES E UNIDADES .............................................................................................. 8 1.1 CONCEITOS BÁSICOS ........................................................................................................ 8 1.2 SISTEMAS DE UNIDADES ................................................................................................. 9 1.2.1 Sistemas Absolutos ............................................................................................................................ 10 1.2.2 Sistemas Técnicos .............................................................................................................................. 10 1.2.3 Sistemas de Engenharia ..................................................................................................................... 11 1.2.3.1 Fator de proporcionalidade (gc) ...................................................................................................... 11 1.3 SISTEMA INTERNACIONAL (SI) ..................................................................................... 12 1.3.1 Unidades fora do SI ............................................................................................................................ 13 1.3.2 Regras de escrita ................................................................................................................................ 14 1.3.3 Notação científica, algarismos significativos e precisão ................................................................. 16 1.5 CONSISTÊNCIA DIMENSIONAL ....................................................................................... 17 1.5.1 Grupos adimensionais ....................................................................................................................... 18 1.6 ATIVIDADES PROPOSTAS .............................................................................................. 18 2 PROCESSOS E VARIÁVEIS DE PROCESSO .................................................................... 19 2.1 CONCEITOS E DEFINIÇÕES ............................................................................................. 19 2.2 VARIÁVEIS DE PROCESSO .............................................................................................. 20 2.2.1 Relações de massa e volume ............................................................................................................. 20 2.2.2 Vazão ................................................................................................................................................... 22 2.2.3 Fração e composição .......................................................................................................................... 22 2.2.4 Mol e massa molar ............................................................................................................................. 23 2.2.5 Concentrações .................................................................................................................................... 25 2.2.6 Temperatura....................................................................................................................................... 25 2.2.7 Pressão ................................................................................................................................................ 27 2.2.7.1 Dispositivos de medição de pressão ................................................................................................. 28 2.3 UNIDADES DE PROCESSO ............................................................................................... 29 2.3.1 Classificação das operações unitárias .............................................................................................. 29 2.3.2 Misturador .......................................................................................................................................... 30 2.3.3 Divisor (splitter) ................................................................................................................................. 30 2.3.4 Bomba ................................................................................................................................................. 31 2.3.5 Compressor ........................................................................................................................................ 31 2.3.6 Filtração .............................................................................................................................................. 32 2.3.7 Trocador de calor ............................................................................................................................... 32 2.3.8 Evaporador ......................................................................................................................................... 32 2.3.9 Destilação ........................................................................................................................................... 33 2.3.10 Absorção e stripping ........................................................................................................................ 33 2.3.11 Umidificação e desumidificação ..................................................................................................... 34 2.3.12 Extração ............................................................................................................................................ 34 2.3.13 Cristalização ..................................................................................................................................... 35 2.3.14 Secagem ............................................................................................................................................ 35 2.3.15 Ciclones ............................................................................................................................................. 36 2.3.16 Reatores ............................................................................................................................................ 36 3 BALANÇOS DE MASSA ................................................................................................. 38 3.1 DEFINIÇÕES BÁSICAS ..................................................................................................... 38 3.2 EQUAÇÃO GERAL DO BALANÇO ..................................................................................... 39 3.2.1 Simplificações ..................................................................................................................................... 40 3.2.2 Representação matemática dos termos ........................................................................................... 41 3.2.3 Análise de Graus de Liberdade .......................................................................................................... 42 3.2.4 Base de cálculo ................................................................................................................................... 44 3.2.5 Estratégia de resolução ..................................................................................................................... 44 4 BALANÇOS DE MASSA SEM REAÇÃO QUÍMICA ...........................................................