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FTQ003 -
Prinćıpios dos
Processos
Qúımicos
Nazareno de
Pina Braga
FTQ003 - Prinćıpios dos Processos Qúımicos
Nazareno de Pina Braga
Universidade Federal do Amazonas
Faculdade de Tecnologia
Curso de Engenharia Qúımica
2021
FTQ003 -
Prinćıpios dos
Processos
Qúımicos
Nazareno de
Pina Braga
OBJETIVOS
A disciplina de PPQ – FTQ003 tem como objetivo principal
fazer com que o aluno adquira as habilidades necessárias para
realização dos cálculos fundamentais em Engenharia Qúımica.
A disciplina tem como ementa: Sendo assim, por abranger os
prinćıpios e cálculos fundamentais da Engenharia Qúımica, é
nesta disciplina que o estudante aprende a caracterizar e quan-
tificar correntes de processos, fornecendo uma base para as
demais disciplinas do curso.
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Prinćıpios dos
Processos
Qúımicos
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Pina Braga
EMENTA
Introdução aos Cálculos da Engenharia Qúımica. Balanços de
Massa;
Primeira Lei da Termodinâmica e Balanços de Energia;
Propriedades Volumétricas de Fluidos Puros;
Efeitos Térmicos;
Balanços de Massa e de Energia Simultâneos em Regime Per-
manente e Não Estacionário;
Segunda Lei da Termodinâmica;
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Processos
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CONTEÚDOS
Sistemas e Conversão de Unidades
Variáveis de Processos
Balanço Material em Unidades Simples
Balanço Material em Unidades Múltiplas
Balanço Material com Reciclo
Balanço Material com Desvio e Purga
Balanço de Material com Reação Qúımica
Balanço de Energia: conceitos fundamentais e primeira lei da
termodinâmica para sistemas fechados
Balanço de Energia: sistemas abertos
Balanço de Energia: dispositivos e equipamentos industriais.
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CONTEÚDOS
Balanços de energia com mudança de temperatura e mudança
de fase
Balanço de Energia com reação qúımica.
Balanços de massa e energia em regime transiente.
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Processos
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SISTEMAS E CONVERSÃO DE UNIDADES
Introdução
Os engenheiros qúımicos, assim como os demais engenheiros,
costumam se reportar através de valores, unidades e dimensões.
Uma unidade corresponde a uma quantidade mensurável de
uma determinada dimensão. Por exemplo, quando um engen-
heiro fala: - Aquele reator tem por capacidade 20 L ou que
aquela tubulação tem 10 cm de comprimento, litros (L) corre-
sponde a unidade da dimensão volume, assim como cent́ımetros
(cm) corresponde a unidade da dimensão comprimento. Os en-
genheiros necessitam se reportar por meio de valores e unidades.
Um valor sem unidade não tem significado. A não ser que este-
jamos tratando de grupos adimensionais que veremos ao final
desta aula.
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SISTEMAS E CONVERSÃO DE UNIDADES
Introdução - cont.
Uma má verificação das equações ou a consistência das
unidades destas equações podem levar a erros drásticos no pro-
jeto causando prejúızo enormes como no exemplo a seguir:
https://www.bbc.com/portuguese/noticias/2014/05/140530 erros ciencia engenharia rb
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SISTEMAS E CONVERSÃO DE UNIDADES
Introdução - cont.
Selecionando um exemplo, temos:
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SISTEMAS E CONVERSÃO DE UNIDADES
Introdução - cont.
A partir deste exemplo percebe-se a dimensão da importância
deste assunto. Sendo assim, inicialmente nós vamos responder
duas perguntas:
1 O que são unidades e dimensões?
2 Como elas diferem?
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UNIDADES E DIMENSÕES
Dimensão
Então vejamos:
Uma dimensão é uma propriedade que pode ser medida.
Comprimento, tempo, massa e temperatura
Comprimento/Tempo (velocidade)
Comprimento3 (Volume)
Massa/Volume (Massa espećıfica)
Uma unidade são os meios de se expressar as dimensões.
pés ou cent́ımetros para dimensão comprimento
horas ou segundos para a dimensão tempo
Atenção: As unidades diferem quando trabalhamos com
diferentes tipos de sistemas de unidades.
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UNIDADES E DIMENSÕES
Unidades associadas aos diferentes tipos de Sistemas de
Unidades
Sistema Massa (m) Comprimento (l) Tempo (t) Temperatura (T)
SI quilograma (kg) metro (m)
segundo (s)
Kelvin (K)
SAE libra-massa (lbm) pé (ft) grau Fahrenheit (oF)
CGS grama (g) cent́ımetro (cm) Kelvin (K)
Britânico slug pé (ft) graus Celsius (oC)
1 Qual é a dimensão que tem unidade que é comum para todos os sistema
de unidades?
2 Qual é a dimensão que tem unidades que são diferentes para todos os
sistema de unidades?
Atenção: Devido estas diferenças que existem nos sistemas de
unidades devemos conhecer as relações existentes entre elas.
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UNIDADES E DIMENSÕES
Sistemas de Unidades
Vejamos:
Unidades básicas: unidades para as dimensões massa,
comprimento, tempo e temperatura.
Exemplos:
kg, cm, dia e oC.
Unidades derivadas: unidades obtidas pela
multiplicação/divisão de unidades básicas ou ainda a partir
de definições.
Exemplo: ft/min; 1 N ≡ 1 kg.m/s2;
1 lbf ≡ 32,174 lbm.ft/s2
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UNIDADES E DIMENSÕES
Unidades derivadas nos sistemas SI e SAE.
Grandeza F́ısica Unidades derivadas no SI Unidades derivadas no SAE
Força Newton (N) - (kg)(m)(s−2) ≡ (J)(m−2) Libra (força), lbf
Energia Joule (J) - (kg)(m2)(s−2) Btu, (ft)(lbf )
Potência Watt (W) - (kg)(m2)(s−3) ≡ (J)(s−1) hp
Massa espećıfica (kg)(m−3) (lbm)(ft3)
Velocidade (m)(s−1) (ft)(s−1)
Aceleração (m)(s−2) (ft)(s−2)
Pressão (N)(m−2), Pascal (Pa) (lbf )(in
−2)
Calor espećıfico (J)(kg−1)(K−1) (Btu)(lbm−1)(oF−1)
Atenção: Mas qual é a relação que existe entre estes sistemas de
unidades?
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UNIDADES E DIMENSÕES
Conversão de Unidades
Fator de conversão =
(
Nova unidade
Velha unidade
)
Fator de conversão é a relação entre a nova unidade e a velha
unidade que se deseja converter. Resolvendo exerćıcios:
Converter:
36 in → ft. Qual o resultado?
36 ��in ×
(
1 ft
12 ��in
)
= 3 ft
48 km/h → m/s. Qual o resultado?
48
��km
�h
×
(
103 m
1 ��km
)
×
(
1 �h
60 ��min
)
×
(
1 ��min
60 s
)
= 13, 3
m
s
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UNIDADES E DIMENSÕES
Exemplos de fatores de conversão
Relação Fator de conversão
1 ft = 12 in 1 ft/12 in
1 in = 2,54 cm 1 in/2,54 cm
1 m = 100 cm 1 m/100 cm
Obs.: Quando trabalhamos no SI ou CGS é relativamente fácil,
entretanto no SAE (Sistema americano) tem-se uma
peculiaridade que veremos a seguir.
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UNIDADES E DIMENSÕES
Dificuldades associadas ao SAE
Os motivos dessa dificuldade são as ocorrências de um fator de
conversão (como já visto), o segundo é o surgimento da
unidade de força.
De acordo com a 2a Lei de Newton, a força é proporcional ao
produto da massa pela aceleração.
Atenção: Força e massa são conceitos diferentes e suas
unidades não se cancelam.
Vejamos:
F = m.a
SI : 1 N ≡ 1 kg .m/s2
CGS : 1 dina ≡ 1 g .cm/s2
SAE :?
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UNIDADES E DIMENSÕES
Dificuldades associadas
ao SAE
No sistema americano
1 lbf ≡ 32, 174 lbm.ft/s2
Fator de conversão = gc
F = m.a/gc
No SI: gc = (kg .m/s
2)/(N)
No CGS: gc = (g .cm/s
2)/(dina)
No SAE:
gc = 32, 174 (lbm.ft/s
2)/lbf
Para fixarmos será resolvido mais um problema a seguir.
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UNIDADES E DIMENSÕES
Neste exerćıcio nós iremos trabalhar um conceito de força tanto
no SI quanto no SAE.
Força em N requerida para acelerar 4 kg a 9 m/s2.