Balanço de massas - Operações Unitárias

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OPERAÇÕES UNITÁRIAS 
 Sob o ponto de vista do tempo e do tipo de operação envolvido, um processo 
industrial pode ser classificado em: 
♥ processo contínuo; 
♥ processo em batelada; 
♥ processo discreto. 
Processo contínuo 
 Um processo industrial é contínuo quando a matéria prima entra num lado do sistema 
e o produto final sai do outro, continuamente. 
 Neste processo o termo contínuo significa um período de tempo relativamente longo, 
medido em horas, em dias e até em meses dependendo do processo. 
Processo em batelada/lotes 
 No processo em batelada, uma dada quantidade de material é processada através 
de passos unitários, cada passo sendo completado antes de passar para o seguinte. 
 A entrada do processo em batelada é feita por quantidades discretas de modo 
descontínuo. 
 O processo é alimentado, a operação é executada, o produto é descarregado e 
reinicia-se outro ciclo. 
 Cada operação do processo em batelada pode ser considerada como um processo 
contínuo, porem o tempo envolvido é relativamente pequeno, medido em minutos ou 
horas. 
 Uma batelada tem características específicas, tais como seu tamanho, peso, cor, 
matérias primas, aditivos, catalisadores, etc. 
 A informação, tal como a condição sob a qual a batelada foi produzida ou o 
equipamento da planta industrial usado para produzi-la, pode ser necessária para 
determinar as propriedades do produto ou satisfazer as exigências legais. 
 Como a maioria dos problemas de controle ocorre durante os transientes da partida, 
o processo tipo batelada é mais difícil de ser controlado, pois realiza muitas partidas e 
fica parado durante intervalos de tempo. 
Processo discreto 
 No processo discreto, cada item a ser fabricado é processado em uma etapa, como 
um item separado e individual. 
 As montadoras de automóveis, fábricas de auto peças e indústrias eletroeletrônicas 
são exemplos de processos discretos. 
 Neste tipo de processo, atualmente, usam-se células de manufatura com robôs, 
máquinas de comando numérico computadorizado (CNC) para executar certas 
operações repetitivas. 
BALANÇO DE MASSA 
 Seria a “prestação de contas” de todo material envolvido em uma operação unitária. 
Parte do pressuposto de que a matéria se conserva, então a massa que entra é 
exatamente igual a massa que sai. 
 Não há reação química nem acúmulo de massa. 
 Havendo duas saídas, as massas somadas devem ser iguais a massa inicial. 
 Quando se fala de massa total, está se falando de balanço global. Então está se 
tratando todo o material que entra como uma única massa e os materiais que saem 
também como uma única massa, não se separa em componentes. 
𝑀1 = 𝑀2 + 𝑀3 
Balanço de massa por componente 
 A massa multiplicada pela fração molar é igual a massa do componente. Dessa forma, 
a massa do componente que entra deve ser igual a massa do componente que sai. 
𝑀1 𝑥 𝑋𝑎1 = 𝑀2 𝑥 𝑋𝑎2 
→ não há reação e não há acúmulo, tudo que entra sai. 
𝑀1 𝑥 𝑋𝑎1 = (𝑀2 𝑥 𝑋𝑎2) + (𝑀3 + 𝑋𝑎3) 
Estado transiente e estado estacionário 
 O balanço de massa pode ser classificado como transiente ou estacionário. 
Anteriormente foi visto o estacionário, no qual o fluxo de massa não altera. Porém existem 
algumas operações contínuas ou que tem um momento de início, existindo um transporte 
assim como existe um fluxo de saída. 
 Quando se diz que um processo, através do balanço de massa, está em estado 
transiente, está afirmando que a massa do sistema ou a massa de alguma espécie 
química no sistema está variando ao longo do tempo. A variação da massa, no sistema, 
ao longo do tempo é denominada acúmulo de massa. 
Sistema transiente simples 
𝑑𝑚
𝑑𝑡
= 𝑊1 − 𝑊2 
 A vazão de entrada difere da vazão de saída. 
 
 
 
 
 
Sistema transiente com mais de uma entrada 
𝑎𝑐ú𝑚𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 = (𝑊1 𝑥 ∆𝑡) + (𝑊2 𝑥 ∆𝑡) − (𝑊3 𝑥 ∆𝑡) 
 Aplicando o limite quando Δt → 0: 
𝑑𝑚
𝑑𝑡
= 𝑊1 + 𝑊2 − 𝑊3 
 Para fazer o balanço de massa por componente, 
considera-se as frações molares dos componentes nas 
vazões. 
𝑎𝑐ú𝑚𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 = (𝑊1 𝑥 𝑋𝑎1 𝑥 ∆𝑡) + (𝑊2𝑥 𝑋𝑎2 𝑥 ∆𝑡) − (𝑊3 𝑥 𝑋𝑎3 𝑥 ∆𝑡)