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ENADE Engenharia Química: Balanços de Massa e Energia e Termodinâmica Aplicada

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Balanços de Massa e Energia e Termodinâmica Aplicada

Núcleo conceitual

O balanço material em regime permanente para um volume de controle é Σentradas − Σsaídas + geração − consumo = 0. Em regime transiente, acrescenta-se o termo de acúmulo dM/dt. O balanço de energia em sistema aberto inclui entalpia, energia cinética e potencial e calor/trabalho: Q − W = Σ saídas m(h + v²/2 + gz) − Σ entradas m(h + v²/2 + gz).

Conceitos exigidos

  • Grau de liberdade: nº de incógnitas − nº de equações independentes; se zero, sistema solúvel.
  • Base de cálculo, reciclo, purga e by-pass.
  • Conversão, seletividade e rendimento.
  • Primeira e segunda leis, entalpia, entropia, exergia, coeficiente de Joule-Thomson.
  • Equilíbrio de fases: Lei de Raoult, volatilidade relativa, diagramas T-xy.

Armadilhas típicas

  1. Esquecer o termo de acúmulo em tanques e partidas.
  2. Usar vazão mássica e molar indiscriminadamente.
  3. Ignorar a purga: sem ela, inertes acumulam em reciclo.
  4. Aplicar Lei de Raoult em pressões altas (necessário coeficiente de fugacidade).
  5. Confundir entalpia com energia interna em processos a pressão constante.

Regra de ouro e exemplo

Regra: sempre escreva o balanço por componente e verifique o balanço global como teste.

Exemplo: uma coluna recebe 100 kmol/h de mistura 40% A e 60% B; o destilado tem 90% A e o fundo 5% A. Balanço global: D + F = 100. Balanço de A: 0,90D + 0,05F = 40. Substituindo F = 100 − D: 0,90D + 5 − 0,05D = 40 → 0,85D = 35 → D ≈ 41,2 kmol/h e F ≈ 58,8 kmol/h. Verifique o balanço de B: 0,10(41,2) + 0,95(58,8) ≈ 4,1 + 55,9 = 60 ✓.