introduc3a7c3a3o-ao-balanc3a7o-de-massa

Prévia do material em texto

UNIFEB
PRINCÍPIOS DE BALANÇO DE MASSA
Prof. Marcelo Henrique
 2
Cálculos de balanço de massa
● Diagramas de Fluxo:
Quando há a descrição de um processo em forma de 
texto, e pede-se para determinar algo relativo a esse 
processo, é importante organizar a informação dada 
em uma forma adequada para os cálculos que virão.
A melhor maneira de se fazer isto é desenhar um 
diagrama de fluxo ou fluxograma do processo, 
usando caixas ou outros símbolos para representar as 
unidades de processo, e setas para indicar as 
correntes de entrada e saída.
 3
Cálculos de balanço de massa
Quando usado apropriadamente, o diagrama 
de fluxo de um processo pode ser de enorme 
ajuda para começar os cálculos dos balanços 
de massa e no andamento dos mesmos. Para 
isto, o diagrama deve ser completamente 
rotulado, com valores de todas as variáveis 
conhecidas do processo e símbolos para todas 
as variáveis desconhecidas, em cada corrente 
de entrada ou saída.
 4
Cálculos de balanço de massa
1. Escreva os valores e as unidades de 
todas as variáveis das correntes 
conhecidas na localização apropriada no 
diagrama.
Exemplo: Uma corrente contendo 21% molar 
O2 e 79% molar N2 a 320ºC e 1,4 atm fluindo 
com uma vazão de 400 mol/h.
 5
Cálculos de balanço de massa
400 mol/h
0,21 mol de O2/mol
0,79 mol de N2/mol
T = 320ºC, P = 1,4 atm
 6
Cálculos de balanço de massa
60 kmol N2/min
40 kmol O2/min
100 kmol/min
0,6 kmol N2/kmol
0,4 kmol O2/kmol
=
3,0 lbm CH4
4,0 lbm C2H4
3,0 lbm C2H6
10 lbm de mistura
0,3 lbm CH4/lbm
0,4 lbm C2H4/lbm
0,3 lbm C2H6/lbm
=
 7
Cálculos de balanço de massa
2. Atribua símbolos algébricos às variáveis 
desconhecidas de cada corrente e escreva 
esses nomes de variáveis e as suas 
unidades associadas no diagrama.
 8
Cálculos de balanço de massa
ṅ(mol/h)
0,12 mol O2/mol
0,79 mol N2/mol
T = 320ºC, P = 1,4 atm
400 mol/h
y(mol O2/mol)
(1-y)(mol N2/mol)
T = 320ºC, P = 1,4 atm
 9
Cálculos de balanço de massa
Observações importantes: 
● Em alguns casos, você pode ser obrigado a deduzir e 
resolver uma equação para cada incógnita que 
apareça no diagrama, portanto é vantagem manter 
um número mínimo de incógnitas rotuladas.
● Quando estiver rotulando frações molares ou 
mássicas de componentes de uma corrente, você 
precisa atribuir nomes a todas as frações, com 
exceção da última, que será 1 (100%) menos a soma 
das outras.
 10
Cálculos de balanço de massa
Observações importantes: 
● Se for informado que a massa da corrente 1 é a metade 
da massa da corrente 2, então é melhor rotular as massas 
como m e 2m em vez de m1 e m2. Se existe três vezes 
mais (em massa) N2 do que O2, então rotule as frações 
mássicas de O2 e N2 como y(g O2/g) e 3y(g N2/g) em vez 
de y1 e y2.
● Quando se conhece a vazão volumétrica de uma corrente, 
é melhor escrevê-la como vazão molar ou mássica, visto 
que normalmente os balanços não são escritos em 
quantidades volumétricas.
 11
Cálculos de balanço de massa
Exercício:
Um experimento sobre a taxa de crescimento de certos 
micro-organismos requer um ambiente de ar úmido rico em oxigênio. 
Três correntes de entrada alimentam uma câmara de evaporação 
para produzir uma corrente de saída com a composição desejada.
A: Água líquida, alimentada na vazão de 20,0 cm³/min.
B: Ar (21% molar O2 e o resto N2).
C: Oxigênio puro, com uma vazão molar de 1/5 da corrente B.
O gás de saída é analisado e contém 1,5% molar de água. Desenhe 
e rotule o fluxograma do processo e calcule todas as variáveis 
desconhecidas das correntes.
 12
Cálculos de balanço de massa
● Análise dos graus de liberdade
Quando um fluxograma estiver desenhado e completamente rotulado, 
a contagem das incógnitas, das equações independentes (que não 
dependem de outras equações) pode ser feita, e então a subtração de 
uma pela outra. O resultado é o número de graus de liberdade do 
processo ngl (=nincógnitas – neqs indep.).
- Se ngl = 0, existem n equações independentes para n incógnitas e o 
problema possivelmente poderá ser resolvido.
- Se ngl > 0, existem mais incógnitas do que equações independentes. 
Pode ser que faltem valores de variáveis adicionais, e antes que ngl = 0 
o sistema possivelmente não poderá ser resolvido.
- se ngl < 0, existem mais equações do que variáveis. O diagrama pode 
estar mal rotulado ou existam relações redundantes e inconsistentes. 
O problema só será resolvido quando ngl = 0.
 13
Cálculos de balanço de massa
100,0 kg/h
0,500 kg A/kg
0,500 kg B/kg
40,0 kg/h
0,900 kg A/kg
0,100 kg B/kg
30,0 kg/h
0,300 kg A/kg
0,700 kg B/kg
30,0 kg/h
0,600 kg A/kg
0,400 kg B/kg
1 2 3
Calcule as vazões e composições desconhecidas das correntes 1, 2 e 3.
 14
Cálculos de balanço de massa
Exercícios
1) Ar úmido contendo 40,0% molar de vapor de água deve ser 
resfriado e desumidificado até um teor de água de 1,70% molar de 
H2O. Uma corrente de ar úmido é combinada com uma corrente de 
reciclo de ar previamente desumidificado e passada através do 
resfriador. A corrente combinada que entra na unidade contém 
2,30% molar de H2O. No condicionador de ar, parte da água na 
corrente de alimentação é condensada e removida como líquido. 
Uma fração do ar desumidificado que sai do resfriador é reciclado e 
o restante é usado para resfriar um cômodo. Tomando como base 
100 mols de ar desumidificado entrando no cômodo, calcule os 
mols de ar úmido, os mols de água condensada e os mols de ar 
desumidificado reciclados.
 15
Cálculos de balanço de massa
CONDICIONADOR DE AR
 16
Cálculos de balanço de massa
2) Quatro mil e quinhentos quilogramas por hora de uma solução que é 1/3 
K2CrO4 em massa se junta a uma corrente de reciclo contendo 36,4% 
K2CrO4, e a corrente combinada alimenta um evaporador. A corrente 
concentrada que deixa o evaporador contém 49,4% K2CrO4; esta corrente 
entra em um cristalizador, no qual é resfriada (causando a precipitação dos 
cristais sólidos de K2CrO4) e logo filtrada. A torta de filtro consiste em cristais 
de K2CrO4 e uma solução que contém 36,4% K2CrO4 em massa; os cristais 
constituem 95% da massa total da torta de filtro. A solução que passa 
através do filtro, também contendo 36,4% K2CrO4 , é a corrente de reciclo.
a) Calcule a taxa de evaporação, a taxa de produção de K2CrO4 cristalino, as 
taxas de alimentação para as quais o evaporador e o cristalizador devem 
ser projetados e a razão de reciclo (massa de reciclo)/(massa de 
alimentação virgem).
b) Suponha que o filtrado fosse descartado em lugar de ser reciclado. 
Calcule a taxa de produção dos cristais. Quais os benefícios e os custos da 
reciclagem?
 17
Cálculos de balanço de massa
EVAPORADOR CRISTALIZADOR
 E FILTRO
	Slide 1
	Slide 2
	Slide 3
	Slide 4
	Slide 5
	Slide 6
	Slide 7
	Slide 8
	Slide 9
	Slide 10
	Slide 11
	Slide 12
	Slide 13
	Slide 14
	Slide 15
	Slide 16
	Slide 17