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Apostila Balancos de Massa e Energia

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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 ...........................................................