AULA 3 - Processos e Variáveis de Processos

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Princípios de Processos Químicos
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utilizados pela disciplina de Princípios de Processos 
Químicos do curso de Engenharia Química da UFSJ 
Conforme explicado durante as aulas, essa versão 
contém pequenos erros que serão corrigidos 
futuramente, portanto, é importante reforçar que o 
conteúdo da disciplina deverá ser estudada pelos livros-
textos. 
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terceiros
Princípios de Processo Químicos 
Processos e Variáveis de Processos
Processos e Variáveis de Processos
• PROCESSO: é qualquer operação ou série de
operações através das quais um objetivo
particular é atingido.
Alimentação
(input)
Saída
Produto
(output)
Correntes de Processo
Unidades de Processo
Processos e Variáveis de Processos
O Engenheiro Químico é capaz de PROJETAR 
ou OPERAR o processo.
• Projeto: inclui a formulação do fluxograma de processos e as
especificações de cada unidade (reatores, trocadores de calor,
separadores) e as variáveis de operação.
O Engenheiro Químico deve ser capaz de medir ou calcular as 
quantidades, composições e condições dos materiais das 
correntes de processo e das unidades, ou seja, avaliar as 
variáveis que influenciam no processo. 
Processos e Variáveis de Processos
Variáveis de Processos:
1. Massa e Volume
2. Vazões 
3. Pressão
4. Temperatura 
5. Composição Química
Processos e Variáveis de Processos
1. Massa e Volume
- A massa específica (ρ) ou densidade de uma
substância é a massa por unidade de volume da
substância
g/cm3, kg/m3, lb/ft3, etc.
- O volume específico de uma substância é o volume
ocupado por uma unidade de massa da substância;
é o inverso da massa específica.
Processos e Variáveis de Processos
1. Massa e Volume
• As massas específicas de líquidos e sólidos puros são
essencialmente independentes da pressão e variam pouco com a
temperatura.
• Para gases e mistura de líquidos são estudados métodos de
estimação em Fisico-Química.
* As massas específicas de compostos puros, soluções e misturas
podem ser encontradas no Perry’s.
PERRY, R.H.; GREEN, D.W. MALONEY, J.O. Perry’s Chemical Engineer’s Handbook, 7ª ed. McGraw-
Hill, 1997.
Processos e Variáveis de Processos
1. Massa e Volume
Exemplo:
Sabendo que a massa específica do tetracloreto
de carbono (CCl4) é 1,595 g/cm
3, calcule:
a) A massa de 20 cm3 de CCl4.
b) O volume de 6,20 lb de CCl4.
Processos e Variáveis de Processos
1. Massa e Volume
Densidade Relativa (DR)
→ massa específica de uma substância
→ massa específica de uma substância em uma 
condição referencia
A referência para sólidos e líquidos é a água a 4 ºC, pois o 
ρágua(4 ºC) = 1,000 g/cm
3.
Processos e Variáveis de Processos
1. Massa e Volume
Exemplo: Qual a densidade do cloreto de sódio (NaCl),
em [g/cm3], [kg/L], [kg/m3] e [lb/ft3]?
ρ = 2,163 g/cm3;
ρ = 2,163 kg/L;
ρ = 2,163 . 103 kg/m3;
ρ = 2,163 . 62,3 lb/ft3.
Processos e Variáveis de Processos
1. Massa e Volume
Exemplo:
a) Calcule a massa específica do mercúrio (Hg) em [lb/ft3].
Resposta: 843,91 lb/ft3.
b) Calcule o volume em ft3 ocupado por 215 kg de
mercúrio (Hg).
Resposta: 0,56 ft3.
Processos e Variáveis de Processos
2. Vazão
A vazão é a taxa à qual o material é
transportado através de uma linha
de processo.
Processos e Variáveis de Processos
2. Vazão
Sabendo-se a massa específica do fluído é possível determinar
vazão mássica (conhecida a vazão volumétrica) ou vice-versa.
Processos e Variáveis de Processos
2. Vazão
Exemplo:
a) Qual a vazão mássica de uma corrente de CCl4
(ρ=1,595 g/cm3), que possui vazão
volumétrica de 100 cm3/min?
Resposta: 159,5 g/min ou 0,1595 Kg/min
ou 2,66 g/s ou 2,66.10-3 kg/s
Processos e Variáveis de Processos
2. Vazão
Equipamentos de medida de vazão:
Rotâmetro
Medidor de Orifício
Processos e Variáveis de Processos
3. Pressão
Pressão é a razão entre a força e a área sobre a
qual a força atua
Area (m2)
Força (N)
Pressão (N/m2) = Pa
Pressão (lbf/in2) = psi
Medidor de Pressão
Coluna de líquidos 
limite de detecção abaixo de 3 atm
Medidor de pressão diferencial
Medidor com elementos elásticos
Limite: perto do vácuo até 7000 atm
Tubo de Boudon
Processos e Variáveis de Processos
4. Temperatura
Medição
- Termômetro comum - massa fixa de um fluido.
- Termopar - tensão da união de dois metais
diferentes.
- Pirômetro - espectro da radiação infravermelho
emitida.
Processos e Variáveis de Processos
4. Temperatura
Escalas de Temperatura
ºC K ºF ºR
100 373 212 672
0 273 32 492
-273 0 -460 0
180100
Ponto de 
ebulição da 
água a 1 atm
Ponto de 
congelamento da 
água a 1 atm
Zero absoluto
Processos e Variáveis de Processos
4. Temperatura
Relações entre as temperaturas de diferentes escalas 
T (K) = T(ºC) + 273,15; 
T (ºR) = T(ºF) + 459,63;
T (ºR) = 1,8 T(K);
T (ºF) = 1,8 T(ºC) + 32;
Processos e Variáveis de Processos
4. Temperatura
Exercício:
Converta 200 ºC para :
a) K
b) ºF
c) ºR
Respostas
a) 473,15 K
b) 392 ºF
c) 851,67 ºR
Processos e Variáveis de Processos
5. Composição Química
A maior parte dos materiais encontrados na natureza e em
processos químicos é uma mistura de várias espécies.
1 - Substância Pura
a) Monóxido de carbono – CO
MMCO = 28 g/mol ou (g/gmol)
MMCO = 28 lbm/lbmol;
MMCO = 28 ton/ton-mol;
Processos e Variáveis de Processos
5. Composição Química
b) 34 kg amônia possui quantos mols (MMNH3=17)?
c) Qual a massa de 4 lbmol de NH3?
Processos e Variáveis de Processos
5. Composição Química
Vazão mássica/molar
a) O CO2 (MM=44) flui por uma tubulação com taxa de 
100 kg/h. Qual a vazão molar?
b) A corrente de saída de um reator contém CO2, 
fluindo a uma taxa de 850 lbmol/min. Qual é a vazão 
mássica?
Processos e Variáveis de Processos
5. Composição Química
2 - Correntes Multicomponentes. 
Geralmente as correntes são misturas de gases ou 
líquidos.
- fração mássica 
- fração molar
Processos e Variáveis de Processos
5. Composição Química
2 - Correntes Mullticomponentes. 
Exemplo 1: Uma solução contém 15% A em massa (xA = 0,15) e 
20% B molar (yB = 0,20).
a) Calcule a massa de A em 175 kg de solução.
b) Qual a vazão mássica de A na corrente de solução com vazão de 
53 lb/h?
c) Vazão molar de B em uma corrente com vazão de 1000 mol/min.
d) Qual a vazão total da solução que corresponde a uma vazão 
molar de 28 kmol de B/s?
e) Qual a massa da solução que contém 300 lb de A?
Processos e Variáveis de Processos
5. Composição Química
2 - Correntes Mullticomponentes. 
Massa molecular média de uma mistura
Processos e Variáveis de Processos
5. Composição Química
2 - Correntes Multicomponentes. 
Massa molecular média de uma mistura
Exemplo: Qual a massa molecular média do ar?
0,79. 28 + 0,21. 32 = 29
*Sabendo que para os cálculos da engenharia a
composição do ar é simplificada em 79% de
nitrogênio e 21% de oxigênio.