01/04/2019. Sistemas. Fronteira. Fronteira. Tipos de sistemas. Tipos de sistemas BALANÇO DE MASSA EM PROCESSOS

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1 Universidade Tecnológica Federal do Paraná Câmpus Londrina Departamento Acadêmico de Alimentos Introdução às Operações Unitárias BALANÇO DE MASSA EM PROCESSOS Profa. Marianne Ayumi Shirai Sistemas Sistemas é qualquer porção do universo escolhida para se realizar os estudos; Pode ser uma unidade de processo, um conjunto de etapas de um processo ou todo o processo; Vizinhança é tudo que se situa fora do. Fronteira Superfície real ou imaginária que separa o da vizinhança; O limite de um pode ser fixo ou móvel; A é a superfície de contato compartilhada pelo e a vizinhança. Fronteira Fronteira adiabática: não deixam passar calor entre e vizinhanças; Fronteira diatérmica: deixam o calor passar entre e vizinhanças; Fronteira permeável: deixam matéria (e calor) passar entre o e vizinhanças vizinhança ar tanque Sistema vizinhança Fechado ou batelada Tipos de s Também conhecido como de controle, consiste em uma quantia fixa de, e nenhuma pode cruzar sua Mas energia, na forma de calor ou trabalho, pode cruzar a Sistema isolado Tipos de s Nada entra ou sai, nem, nem calor ou trabalho, durante o intervalo de tempo considerado, (t 1 e t 2 ); Pode haver trocas entre energias potencial, cinética e energia interna, dentro do, mas não com a vizinhança; Sistema fechado energia NÃO Energia total do inalterada 1

2 Sistema isolado Tipos de s Não entra calor de fora Q=0 Nenhum trabalho é realizada pelo, nem mesmo de expansão ou contração, W=0 Pode haver intercâmbio entre energias de dentro do Sistema aberto Tipos de s Também chamado volume de controle Envolve fluxo de Ex.: compressor, turbina ou bocal Massa e energia podem cruzar a de um volume de controle Pistão energia Compressor Resumindo... Balanço de - Introdução Ferramenta importante para dimensionar equipamentos, avaliar rendimentos, fazer mudanças na escala de produção e avaliar alternativas de processamento; Lei da conservação de A matéria não é criada e nem mesmo destruída 1ª Lei da Termodinâmica A energia total do universo é constante Ela pode estar presente de diversas formas, mas sua quantidade total não se altera Processos e variáveis do processo PROCESSO: Operação ou uma série de operações que promovam modificações físicas ou químicas em uma substância ou em uma mistura de substâncias Processos e variáveis do processo OPERAÇÕES: reações químicas, transporte de fluidos, redução de tamanho, transporte ou geração de calor, destilação, absorção, etc. Mistura Aquecimento Filtração 2

3 Classificação dos processos Quanto à forma de alimentação ou retirada de material a) Processos descontínuos ou em batelada b) Processo contínuo c) Processo semicontínuo ou semibatelada Escoamento Paralelo e Contracorrente Corrente A Corrente B Quanto à dependência do tempo a) Regime permanente ou estado estacionário A do não varia com o tempo ( dm dt = 0) M entra = M sai Corrente A Paralelo Corrente B b) Regime transiente Existe acúmulo de ( dm dt 0) Contracorrente Equação geral do balanço de Sistema permanente sem reação Acúmulo: variação de ou moles dentro do em relação ao tempo ( dm dt ) Sistema permanente com reação Regime transiente sem reação 3

4 Regime transiente com reação Sistema que será aplicado um balanço de Entradas SISTEMA Saídas Passo a passo para os cálculos Balanço de Uma etapa 1. Fazer um esquema simplificado do processo, definindo a sua pelo traçado de uma envoltória; 2. Identificar, com símbolos, as vazões e as composições das correntes envolvidas; 3. Anotar no esquema todos os dados disponíveis das vazões e das composições; 4. Verificar que composições são conhecidas ou podem ser imediatamente calculadas; 5. Verificar que vazões mássicas são conhecidas ou podem ser facilmente calculadas; 6. Selecionar a base de cálculo conveniente para o início dos problema. A = 100 kg B = 180 kg MISTURADOR M = 280 kg Balanço de Múltiplas etapas V Balanço de Reciclo As matérias-primas e fluidos que alimentam um processo são muitas vezes reciclados, isto é, retornam para um dada etapa e são processados novamente; S Filtro F Evaporador Secagem, destilação, reatores químicos e bioquímicos, processos de separação por membranas e processos de extração. P C 4

5 Balanço de By-pass Recurso usado quando se deseja evitar que uma porção da corrente de alimentação passe por uma ou mais etapas do processo; Essa porção é desviada e depois misturada a uma nova corrente. Balanço de Purga - Recurso utilizado quando se deseja excluir ou remover um acúmulo de materiais inerte ou indesejados que poderiam se acumular na corrente de reciclo. Purga 5