Balanços de Matéria e Energia

Engenharia Química e Bioquímica
5 ECTS; 2º Ano, 1º Semestre, 30,0 T + 30,0 TP

Docente(s)
- Henrique Joaquim de Oliveira Pinho

Pré-requisitos
Fundamentos de matemática.

Objetivos
Desenvolver as competências necessárias à elaboração de balanços de massa e de energia. Saber aplicar os balanços nos procedimentos de dimensionamento e projecto de equipamentos, na optimização e na avaliação económica de processos, e no estudo e auditoria de unidades industriais.

Programa
1. Balanços de massa:
1.1. Fundamentos dos balanços de massa
1.1.1. Equações de conservação de massa.
1.1.2. Estado estacionário e estado transiente.
1.1.3. Balanços com e sem reação química.
1.1.4. Definição e uso de base de cálculo.
1.1.5. Metodologia de resolução de balanços de massa.
1.1.6. Resolução por via sistemática e por via não sistemática.
1.1.7. Processos que envolvem reciclagem, purga e by-pass.
1.1.8. Utilização de substâncias de ligação.
1.2. Definição, cálculo e estimativa de variáveis de processo
1.2.1. Composição e caudais de correntes de processo.
1.2.2. Processos que envolvem sólidos, líquidos, misturas, soluções e suspensões.
1.2.3. Processos que envolvem gases ideais, gases reais, misturas de gases e vapores.
1.3. Balanços de massa com reação química
1.3.1. Equação de reação e estequiometria. Método de recurso ao balanço aos átomos.
1.3.2. Reagente limitante e reagentes em excesso.
1.3.3. Grau de conversão e extensão das reações. Rendimento e seletividade.
2. Balanços de energia:
2.1. Fundamentos dos balanços de energia
2.1.1. Formas de energia e equação de conservação de energia.
2.1.2. Influência da pressão e da temperatura na energia interna e entalpia.
2.1.3. Capacidade calorífica de gases, de líquidos e de sólidos.
2.1.4. Processos com mudança de estado.
2.1.5. Metodologia de resolução de balanços de energia.
2.2. Balanços de energia em processos com reação química
2.2.1. Definição e estimativa da entalpia de reação. Lei de Hess.
2.2.2. Reações de combustão e reações de formação.
2.2.3. Metodologia de resolução de balanços de energia com reação química.
3. Casos particulares de Balanços de Massa e de Energia
3.1. Efeitos de não idealidade nos balanços de massa e de energia.
3.2. Introdução à resolução de balanços de massa e de energia em processos por andares.
3.3. Balanços de massa e de energia em estado transiente.

Metodologia de avaliação
Teste escrito, com consulta dos documentos de apoio.

Bibliografia
- Felder, J. (2000). Chemical Processes Principles. London: Springer
- Himmelblau, D. (2004). Basic Principles and Calculations in Chemical Engineering. New York: Prentice-Hall
- Pinho, H. (0). Documentos de apoio de BME.Acedido em1 de janeiro de 2011 em www.e-learning.ipt.pt

Método de interação
Aulas teóricas com exposição dos fundamentos dos Balanços de massa e de energia e resolução de exercícios de exemplo.
Aulas teórico-práticas para resolução de exercícios pelos alunos de forma autónoma.

Software utilizado nas aulas
Folha de cálculo e aplicações gratuitas de resolução de sistemas de equações.