Balanço de Massa e Energia Aula 2

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1 alaço de assa e Eerga ula Udades e Desão Desão: Quatdade que pode ser edda, são as gradezas báscas coo copreto, assa, tepo, teperatura etre outras, ou quatdades calculadas pela dvsão ou ultplcação de outras desões coo copreto/tepo que represeta a velocdade ou copreto que represeta o volue. Udades: São os eos de epressar as desões, tas coo pés ou cetíetros para copreto, e horas ou segudos para o tepo. eefícos de usar udades as desões: Redução a chace de coeter erros de cálculos; bordage lógca do problea, ao vés de era lebraça de fórulas e substtução de úeros as esas; Fácl terpretação do sgfcado físco dos úeros utlzados. 1

2 alaço de assa e Eerga ula Eeplos de desões e udades Quatdade físca Noe da udade Síbolo da udade Defção da udade Udades ásca SI Copreto etro assa Qulograa Kg epo Segudo S eperatura Kelv K Quatdade olar ol ol Udades dervadas SI Eerga Joule J kg.. s - Força ewto N kg.. s - Potêca watt W kg.. s - Desdade qulograa por etro cúbco kg. -

3 alaço de assa e Eerga ula Eeplos de desões e udades Desdade Vazão Voluétrca Vazão ássca Volue epo assa Área Velocdade Copreto celeração Força Dâetro

4 alaço de assa e Eerga ula Operações co Udades Regra 1: Duas ou as gradezas pode ser soadas ou subtraídas desde que possua a esa desão. ão pode ser soados co 1 kg pos possue desões dferetes; pode ser soados co 5 c pos possue desões guas (copreto). Cotudo as desões possue udades dferetes e precsa ser uforzadas: + 5 c =,05 ou 05 c Regra : Duas ou as gradezas pode ser ultplcadas ou dvddas dado orge a ua ova gradeza Gradeza: copreto copreto = área Desão: L L = L Udade: = Gradeza: copreto / tepo = velocdade Desão: L t = L/t Udade: s = /s 4

5 alaço de assa e Eerga ula Operações co Udades Observação: E algua stuações, a dvsão de duas ou as gradezas pode produzr ua gradeza se desão, ou seja, ua gradeza adesoal. Núeros desoas: Eeplo: Núero de Reyolds Re = d.. v / L. L. D: dâetro (L) d..v : desdade (/L ) Re L L : Vscosdade (/Lt) V: Velocdade (L/t) L.t L. t L. t L. t 5

6 alaço de assa e Eerga ula Ssteas de Udades Cojuto de udades padrão usado para edr as dversas gradezas estetes. Copoetes de u sstea de udades: 1.Udade ase: Udade usada coo referêca para a foração de outras udades a partr de operações ateátcas (udades de assa, tepo, copreto, teperatura, etc);.udade últpla: Udade defda coo últplo ou fração de ua udade base (udade últpla de tepo -, hora, ao, etc).udade Dervada: Udade obtda através de operações ateátcas co udades báscas. a. Udade obtda por ultplcação ou dvsão de udades báscas: área ( ), força (kg./s ); b. Udades defdas por equvalêca: força (1 N = kg./s ) 6

7 alaço de assa e Eerga ula Coversão de Udades Eeplo 1: 1. Coverta ua aceleração de 1 c/s e seu equvalete e k/ao.. Coverta lb. ft / e seu equvalete e kg c / s. Coverta 0,6 g ol / L e lb ol / ft da Cosstêca Desoal Eeplo : Detere as udades das costates a e b da equação abao. P a V V b R - R = 0,08 at L / ol K - P = at - = K - V = L/ol Eeplo : Ua quatdade k depede da teperatura de acordo co a equação abao. s udades da quatdade são cal/ol, e está e K. Quas são as udades das costates 1, 10 5 e 1,987? ol 5 k 1, 10 c s ep 1,987 7

8 alaço de assa e Eerga ula Coversão de Udades Eeplo 1: 1 c s 1k 1000c 1 ao s 11 ) 1 9, ) 0, 088 k ao lb.ft 0, 45kg 0, 48c 1lb 1ft 60 s 1 kg.c s Eeplo : Eeplo : )0,6 a P V μg ol L 1lb 45, 59g 8, ft da60s 816, 8L 1440 L ol L ol V b R a at. b 4 lb ol da ol , 10 ep 1, 10 c s 1987, ol c.s 5 k 1,987 cal ol.k 8

9 alaço de assa e Eerga ula Desdade Gradeza que epressa a assa estete por udade de volue. Por eeplo: kg/ ou lb/ft. desdade dos líqudos e sóldos é pouco fluecada pela pressão as pode sofrer ua varação razoável co a teperatura. Para gases, a desdade sofre fluêca sgfcatva tato da pressão coo da teperatura. desdade assa volue V Volue Específco O volue específco é o verso da desdade podedo ser epresso, por eeplo, e c /g ou ft /lb. V volueespecífco volue assa V partr da desdade ou do volue específco, podeos deterar estas gradezas e teros olares, através da relação co a assa olecular. 9

10 alaço de assa e Eerga ula Desdade do Leto (ulk Desty) ou parete Desdade do leto epacotado co partículas sóldas cotedo espaços vazos. L desdade éda do leto assatotal dos sóldos voluetotal do leto Desdade de Soluções Ua stura hoogêea de dos ou as copostos, seja sólda, líquda ou gasosa, é chaada de solução. Para certas soluções, e sob certas codções, a desdade pode ser calculada dvddo-se a soa das assas dos copostos dvduas pela soa dos respectvos volues. V V 1 Solução 1 V 10

11 alaço de assa e Eerga ula Desdade Relatva desdade relatva é couete cohecda coo ua razão adesoal, pos trata-se de ua razão etre duas desdades a desdade da substâca de teresse () dvdda pela desdade da substâca de referêca (Ref), cada ua co udades assocadas. g / c Desdade relatvade dre f g / c ref kg/ ref lb / ft ref substâca de referêca para líqudos e sóldos oralete é a água. ss, a desdade relatva é a razão etre a desdade da substâca e a desdade da água a 4 º C, esta últa co valores de 1 g/c, 1000 kg/ ou 6,4 lb/ft. No caso dos gases, o ar é usado coo referêca as outros gases tabé pode ser usados. apresetação do valor da desdade relatva de ua substâca, deve sepre dcar a teperatura da substâca de teresse e da substâca de referêca, ass teos: o 0 C dre f 0,85 o 4 C kg/ lb / ft 11

12 alaço de assa e Eerga ula Eeplo 4: desdade relatva do dbroopetao (DP) é 1,57. Calcule a desdade desta substâca e g/c, kg/ e lb/ft. DP d. r. DP * água 1gH O gdp 1,57* 1, 57 c c DP d. r. DP * água 1000kgHO 1,57* 1,5710 kgdp DP d. r. DP * água 6,4lbH O lbdp 1,57* 97, 97 ft ft 1

13 alaço de assa e Eerga ula ol e Peso olecular ol é ua certa quatdade de atéra correspodete a u úero específco de partículas, coo oléculas, átoos, elétros ou qualquer outro tpo de partícula. palavra ol fo troduzda por Wlla Ostwald (1896) dervada do lat oles que sgfca porção ou plha. E 1969 o Cotê Iteracoal de Pesos e eddas aprovou o síbolo ol e defu seu valor coo sedo a quatdade de ua substâca que coté tatas udades eleetares (6,0 10 ) quato aos átoos que este e 0,01 kg de carboo 1. O peso atôco de u eleeto é a assa de u átoo e relação ao carboo 1. O peso atôco de todos os seus eleetos aparece lstado a tabela peródca. O peso olecular ou assa olecular de ua substâca, é calculada pela soa dos pesos atôcos dos átoos que fora esta substâca. g gol ; lb lbol ; kg kol 1

14 alaço de assa e Eerga ula ol e Peso olecular U tpo de cálculo portate, cosste a coversão de assa e úero de oles e de úero de oles e assa. Eeplo 5) Coverta 100g de água e oles. 1olH O 100 gh O* 5,56 olesh O 18 gh O Eeplo 6) Coverta 6 lbol de O e lbras. lbo 6 lbolo * 19 lbo 1lbolO 14

15 alaço de assa e Eerga ula Vazão ássca, olar e Voluétrca Vazão de ua correte de processo é a taa a qual o ateral é trasportado e ua tubulação, ou seja, a relação etre a quatdade do ateral trasportado e o tepo de trasporte. Kg fludo/s fludo/s ol fludo/s Vazão ássca () é a assa () trasportada por udade de tepo (t) Vazão Voluétrca (F) é o volue (V) trasportado por udade de tepo (t) t V F t Vazão olar () é o úero de oles () trasportado por udade de tepo (t) t 15

16 alaço de assa e Eerga ula Observação: desdade e a assa olecular das substâcas pode ser usadas para coverter vazão ássca, voluétrca e olar. Eeplo 7) vazão voluétrca do CCl 4 (ρ = 1,595 g/c ) e ua tubulação é 100,0 c /. Qual a vazão ássca e olar? 100 c g *1,595 c g 159,5 g 159,5 g 154 ol ol 1,0 16

17 alaço de assa e Eerga ula Fração ássca, Fração olar e Peso olecular édo Fração ássca ( ) é a razão etre o assa de u copoete de ua stura e o asa total da stura. 1 Fração olar (y ) é a razão etre o úero de oles de u copoete de ua stura e o úero de oles total da stura. y 1 Observação: O soatóro das frações ásscas ou olares é sepre gual a 1. 17

18 18 alaço de assa e Eerga ula Fração ássca, Fração olar e Peso olecular édo Cálculo de y a partr de para ua stura bára de e : y y y y Cálculo de a partr de y para ua stura bára de e :

19 19 alaço de assa e Eerga ula assa olecular éda O assa olecular éda de ua stura é a razão etre a assa total da stura ( t ) e o úero de oles de todas as espéces ( t ) a aostra. y y y y y

20 alaço de assa e Eerga ula Cocetrações epressas e pp, ppb e ppt. s udade pp, ppb e ppt são usadas para epressar a cocetração de traços de espéces e sturas (espéces presetes e quatdades uto pequeas). s defções pode se referr a razões ásscas (oralete para líqudos) ou razões olares (oralete para gases) e sgfca quatas partes (graas ou oles) da espéce estão presetes por lhão (pp), blhão (ppb) ou trlhão (ppt) de partes (graas ou oles) da stura. Se y é a fração do copoete, etão, por defção pp = y 10 6 ppb = y 10 9 ppt = y

21 alaço de assa e Eerga ula Cocetrações Epressas e pp, ppb e ppt. Eeplo 8) O lte para eposção a 8 h de HCN o ar é de 10 pp. dose letal de HCN o ar é de 00 g HCN/kg de ar a teperatura abete. quatos g HCN/kg de ar equvale 10 pp? Que fração da dose letal represeta 10 pp? 10 oles HCN 10 pp 10 6 oles ar 10 oles HCN 10 oles ar 7g HCN 1ol HCN 1ol ar 9g ar 1000 g HCN 1g HCN 1000g ar 1kg ar 6 9, g HCN kg ar g HCN 9, kg ar g HCN 00 kg ar 0,01 1