Profa. Dra. Milena Araújo Tonon Corrêa

Transcrição

1 Profa. Dra. Milena Araújo Tonon Corrêa

2 Definição Balanço de massa é o processo matemático pelo qual se representa as quantidades de materiais presentes em um dado processo. É possível devido ao Princípio da Conservação das Massas. Em um processo em Estado Estacionário ou Regime Permanente, podemos afirmar que: SAI = ENTRA

3 Processos em Batelada: A alimentação é introduzida no sistema de uma só vez, no início do processo e todos os produtos são retirados algum tempo depois. Processos Contínuos: A alimentação e os produtos fluem continuamente enquanto dura o processo. Há contínua passagem de matéria através das fronteiras do sistema. Exemplo: Bombeamento de uma mistura de líquidos a uma vazão constante a um tanque e retirada dos produtos na mesma vazão constante. Evaporador (processo industrial) de suco de laranja. Processos Semi-Contínuo: Há passagem contínua de matéria através de uma única fronteira (entrada ou saída) do processo. Exemplo: a) adição contínua de líquidos em um tanque misturador, do qual nada é retirado. b) escape de gás de um bujão pressurizado. c) tanque de combustível..

4 Processos em estado estacionário ou regime permanente Se os valores de todas as variáveis de processo (todas as temperaturas, pressões, concentrações, vazões, etc.) não se alteram com o tempo (a menos de pequenas flutuações) o processo é dito que opera em estado estacionário ou regime permanente. Estado Transiente (ou não permanente) São aqueles processos onde ocorrem alterações dos valores das variáveis de processo com o tempo. Os processos em batelada e semi-contínuos são operações em estado transiente, já que ambos os casos há alteração das variáveis ao longo do tempo..

5 Variáveis Importantes Vazão volumétrica (Q) : definida como a quantidade em volume que escoa por uma certa seção em um intervalo de tempo. Ou seja: Q = V / t Unidades: m 3 /h, L/s, ft 3 /min, etc. Vazão mássica (Qm): medida de quantidade em massa de material escoando em um dado intervalo de tempo. Então: Qm = m / t Unidades: kg/h, lb/min, etc.

6 Variáveis Importantes Densidade ou massa específica (r): razão entre a massa e o volume de um material qualquer. r = m / V Unidades: kg/m 3, lb/ft 3, g/in 3, etc. Fração mássica (x): razão entre a massa de um componente e a massa total do material. É adimensional. x = m 1 / m total ou x = Qm 1 / Qm total

7 Observações Importantes Os balanços de massa devem ser realizados sempre com vazões mássicas, pois as vazões volumétricas variam com a temperatura, sofrendo alterações constantemente. Caso seja necessário, podemos transformar a vazão volumétrica em mássica através da seguinte equação: Qm = Q. r É importante identificar, anotar e esquematizar todos os dados disponíveis, conhecidos e que podem ser calculados.

8 Exemplos 1. Em um processo contínuo, gás metano entra e sai à vazão Qe e Qs, respectivamente. As vazões foram medidas e constatou-se que Qs é diferente de Qe. Dê cinco explicações para este fato.

9 O balanço de massas serve para checar dados do processo, aferir rendimentos e taxas de conversões, verificar vazamentos e perdas de materiais, projetar a capacidade de equipamentos, especificar uma ou mais correntes de um processo, etc

10 Um balanço de massa de um sistema (uma única unidade, várias unidades ou o sistema como um todo) pode ser escrito na seguinte forma geral: SAI = ENTRA + GERADO CONSUMIDO ACUMULADO Os termos gerado e consumido se referem à produção ou consumo de matéria, relacionadas às transformações provocadas por reações químicas. SAI= ENTRA + REAGE ACUMULA

11 Exemplos 2. Uma mistura de água-etanol entra em um certo aparelho com uma vazão de 3 L/s. A fração mássica do etanol é 0,7 e a densidade da mistura é de 0,8 kg/l. a) Calcule a vazão mássica da mistura em kg/h. b) Calcule as vazões mássicas de entrada de água e etanol.

12 Exemplos 3. Deseja-se secar um sólido com 25% de umidade em massa, em secador contínuo. O produto a secar deve sair com 8% de umidade final. Considerando que a carga de entrada no secador é de 850 kg/h, estabeleça o balanço de massa para este processo.

13 Exemplos 4. Uma solução aquosa de Ca(OH) 2 contém 25% de base em massa. Deseja-se obter uma solução a 5% deste hidróxido diluindo-se a solução original com água pura. Calcule a relação m(água) / m(solução alimentada).

14 Exemplos kg/h de uma mistura de benzeno (C 6 H 6 ) e tolueno (C 7 H 8 ), que contém 50% em massa de cada um, são separados em uma coluna de destilação em duas frações. A vazão mássica de benzeno na saída do topo é de 450 kg/h e para o tolueno na corrente de saída do fundo é de 475 kg/h. A operação se desenvolve em regime permanente. Escreva os balanços de massa para o benzeno e o tolueno. Calcule as vazões não conhecidas nas correntes de saída kg mistura Destila dor 450 kg benzeno 475 kg tolueno

15 Exemplos 6. (Destilação com vários volumes de controle) O fluxograma de um processo de destilação contínua em estado estacionário é mostrado na figura abaixo. Cada corrente contém 2 componentes A e B, em diferentes proporções. Calcule as vazões e composições das correntes 1, 2 e 3.

16 Exemplos 40 kg/h 30 kg/h x A = 0,9 x A = 0,6 100 kg/h x A = 0, kg/h x A = 0,3 3