Princípios dos Processos Contínuos - Conceitos e Fundamentos

Princıpios dos Processos Contınuos ENGF79 Prof Marcio Andre Fernandes Martins marciomartinsufbabr Processos e Tecnologia PROTEC Escola Politecnica Universidade Federal da Bahia SalvadorBA 24 de abril de 2024 Marcio Martins PROTECEPUFBA ENGF79 Conceitos e fundamentos Sistemas hidraulicos Sistemas termicos Sistemas com reacao quımica Parte V Modelagem de sistemas de processos Marcio Martins PROTECEPUFBA ENGF79 Conceitos e fundamentos Sistemas hidraulicos Sistemas termicos Sistemas com reacao quımica Topicos em discussao 1 Conceitos e fundamentos 2 Sistemas hidraulicos 3 Sistemas termicos 4 Sistemas com reacao quımica Marcio Martins PROTECEPUFBA ENGF79 Conceitos e fundamentos Sistemas hidraulicos Sistemas termicos Sistemas com reacao quımica Leis fundamentais Estabelecer fronteiras VC Sistema fechado permeavel a troca de energia Sistema aberto permeavel a troca de massa e energia Leis fenomenologicas 1 Conservacao da massa 2 Conservacao de energia 3 Conservacao de momento Lei de Lavoisier Leis termodinˆamicas Leis de Newton Lagrange Euller Sistemas lentos e pesados domınio da mecˆanica newtoniana Marcio Martins PROTECEPUFBA ENGF79 Conceitos e fundamentos Sistemas hidraulicos Sistemas termicos Sistemas com reacao quımica Leis fundamentais Estabelecer fronteiras VC Sistema fechado permeavel a troca de energia Sistema aberto permeavel a troca de massa e energia Leis fenomenologicas 1 Conservacao da massa 2 Conservacao de energia 3 Conservacao de momento Lei de Lavoisier Leis termodinˆamicas Leis de Newton Lagrange Euller Sistemas lentos e pesados domınio da mecˆanica newtoniana Marcio Martins PROTECEPUFBA ENGF79 Conceitos e fundamentos Sistemas hidraulicos Sistemas termicos Sistemas com reacao quımica Leis fundamentais Estabelecer fronteiras VC Sistema fechado permeavel a troca de energia Sistema aberto permeavel a troca de massa e energia Leis fenomenologicas 1 Conservacao da massa 2 Conservacao de energia 3 Conservacao de momento Lei de Lavoisier Leis termodinˆamicas Leis de Newton Lagrange Euller Sistemas lentos e pesados domınio da mecˆanica newtoniana Marcio Martins PROTECEPUFBA ENGF79 Conceitos e fundamentos Sistemas hidraulicos Sistemas termicos Sistemas com reacao quımica Leis fundamentais Estabelecer fronteiras VC Sistema fechado permeavel a troca de energia Sistema aberto permeavel a troca de massa e energia Leis fenomenologicas 1 Conservacao da massa 2 Conservacao de energia 3 Conservacao de momento Lei de Lavoisier Leis termodinˆamicas Leis de Newton Lagrange Euller Sistemas lentos e pesados domınio da mecˆanica newtoniana Marcio Martins PROTECEPUFBA ENGF79 Conceitos e fundamentos Sistemas hidraulicos Sistemas termicos Sistemas com reacao quımica Leis fundamentais Estabelecer fronteiras VC Sistema fechado permeavel a troca de energia Sistema aberto permeavel a troca de massa e energia Leis fenomenologicas 1 Conservacao da massa 2 Conservacao de energia 3 Conservacao de momento Lei de Lavoisier Leis termodinˆamicas Leis de Newton Lagrange Euller Sistemas lentos e pesados domınio da mecˆanica newtoniana Marcio Martins PROTECEPUFBA ENGF79 Conceitos e fundamentos Sistemas hidraulicos Sistemas termicos Sistemas com reacao quımica Leis fundamentais Estabelecer fronteiras VC Sistema fechado permeavel a troca de energia Sistema aberto permeavel a troca de massa e energia Leis fenomenologicas 1 Conservacao da massa 2 Conservacao de energia 3 Conservacao de momento Lei de Lavoisier Leis termodinˆamicas Leis de Newton Lagrange Euller Sistemas lentos e pesados domınio da mecˆanica newtoniana Marcio Martins PROTECEPUFBA ENGF79 Conceitos e fundamentos Sistemas hidraulicos Sistemas termicos Sistemas com reacao quımica Leis fundamentais Estabelecer fronteiras VC Sistema fechado permeavel a troca de energia Sistema aberto permeavel a troca de massa e energia Leis fenomenologicas 1 Conservacao da massa 2 Conservacao de energia 3 Conservacao de momento Lei de Lavoisier Leis termodinˆamicas Leis de Newton Lagrange Euller Sistemas lentos e pesados domınio da mecˆanica newtoniana Marcio Martins PROTECEPUFBA ENGF79 Conceitos e fundamentos Sistemas hidraulicos Sistemas termicos Sistemas com reacao quımica Leis fundamentais Estabelecer fronteiras VC Sistema fechado permeavel a troca de energia Sistema aberto permeavel a troca de massa e energia Leis fenomenologicas 1 Conservacao da massa 2 Conservacao de energia 3 Conservacao de momento Lei de Lavoisier Leis termodinˆamicas Leis de Newton Lagrange Euller Sistemas lentos e pesados domınio da mecˆanica newtoniana Marcio Martins PROTECEPUFBA ENGF79 Relações constitutivas 1 Lei de Fourier Condução térmica q kT qi k Txi Relações constitutivas 1 Lei de Fourier Condução térmica 2 Lei de resfriamento de Newton Convecção térmica q kT qi k Txi Q hAsT Tt Relações constitutivas 1 Lei de Fourier Condução térmica 2 Lei de resfriamento de Newton Convecção térmica 3 Lei de Arrhenius Avanço da reação q kT qi k Txi Q hAsT Tt Γ ko expERT Ciα Ajustes empíricos das constantes de reação Equações governantes Sistema Q Ws 1 2 3 ny nu 1 2 1 Balanço de massa dmdt dρVdt Σi1 até nu ρi qi Σj1 até ny ρj qj 1 Balanço de massa dmdt dρVdt Σi1 até nu ρi qi Σj1 até ny ρj qj 2 Balanço molar por componente k dck Vdt Σi1 até nu cki qi Σj1 até ny ckj qj Σl1 até n νkl Γl V Equações governantes 1 Balanço de massa dmdt dρVdt Σ i1 to nu ρi qi Σ j1 to ny ρj qj 2 Balanço molar por componente k dck Vdt Σ i1 to nu cki qi Σ j1 to ny ckj qj Σ l1 to n νkl Γl V 3 Balanço de momento na direção k dmvkdt Σ i1 to N Fik Equações governantes 1 Balanço de massa dmdt dρVdt Σ i1 to nu ρi qi Σ j1 to ny ρj qj 2 Balanço molar por componente k dck Vdt Σ i1 to nu cki qi Σ j1 to ny ckj qj Σ l1 to n νkl Γl V 3 Balanço de momento na direção k dmvkdt Σ i1 to N Fik 4 Balanço de energia dU Ec Epdt Σ i1 to nu ρi qi hi Eci Epi Σ j1 to ny ρj qj hj Ecj Epj Q Ws Conceitos e fundamentos Sistemas hidraulicos Sistemas termicos Sistemas com reacao quımica Topicos em discussao 1 Conceitos e fundamentos 2 Sistemas hidraulicos 3 Sistemas termicos 4 Sistemas com reacao quımica Marcio Martins PROTECEPUFBA ENGF79 Conceitos e fundamentos Sistemas hidraulicos Sistemas termicos Sistemas com reacao quımica Tanque com descarga por gravidade Hipoteses Momento na tubulacao Acumulo de massa no tanque Fluido incompressıvel Balanco de massa no tanque dρV dt ρiqi ρApvp Equacoes resultantes Adh dt qi Apvp mp dvp dt γAph kf v 2 p Balanco de momento na tubulacao dmpvp dt γAph Fat Relacao constitutiva Fat kf v 2 p Equacao resultante Adh dt qi κ h Marcio Martins PROTECEPUFBA ENGF79 Conceitos e fundamentos Sistemas hidraulicos Sistemas termicos Sistemas com reacao quımica Tanque com descarga por gravidade Hipoteses Momento na tubulacao Acumulo de massa no tanque Fluido incompressıvel Balanco de massa no tanque dρV dt ρiqi ρApvp Equacoes resultantes Adh dt qi Apvp mp dvp dt γAph kf v 2 p Balanco de momento na tubulacao dmpvp dt γAph Fat Relacao constitutiva Fat kf v 2 p Equacao resultante Adh dt qi κ h Marcio Martins PROTECEPUFBA ENGF79 Conceitos e fundamentos Sistemas hidraulicos Sistemas termicos Sistemas com reacao quımica Tanque com descarga por gravidade Hipoteses Momento na tubulacao Acumulo de massa no tanque Fluido incompressıvel Balanco de massa no tanque dρV dt ρiqi ρApvp Equacoes resultantes Adh dt qi Apvp mp dvp dt γAph kf v 2 p Balanco de momento na tubulacao dmpvp dt γAph Fat Relacao constitutiva Fat kf v 2 p Equacao resultante Adh dt qi κ h Marcio Martins PROTECEPUFBA ENGF79 Conceitos e fundamentos Sistemas hidraulicos Sistemas termicos Sistemas com reacao quımica Tanque com descarga por gravidade Hipoteses Momento na tubulacao Acumulo de massa no tanque Fluido incompressıvel Balanco de massa no tanque dρV dt ρiqi ρApvp Equacoes resultantes Adh dt qi Apvp mp dvp dt γAph kf v 2 p Balanco de momento na tubulacao dmpvp dt γAph Fat Relacao constitutiva Fat kf v 2 p Equacao resultante Adh dt qi κ h Marcio Martins PROTECEPUFBA ENGF79 Conceitos e fundamentos Sistemas hidraulicos Sistemas termicos Sistemas com reacao quımica Tanque com descarga por gravidade Hipoteses Momento na tubulacao Acumulo de massa no tanque Fluido incompressıvel Balanco de massa no tanque dρV dt ρiqi ρApvp Equacoes resultantes Adh dt qi Apvp mp dvp dt γAph kf v 2 p Balanco de momento na tubulacao dmpvp dt γAph Fat Relacao constitutiva Fat kf v 2 p Equacao resultante Adh dt qi κ h Marcio Martins PROTECEPUFBA ENGF79 Conceitos e fundamentos Sistemas hidraulicos Sistemas termicos Sistemas com reacao quımica Tanque com descarga por gravidade Hipoteses Momento na tubulacao Acumulo de massa no tanque Fluido incompressıvel Balanco de massa no tanque dρV dt ρiqi ρApvp Equacoes resultantes Adh dt qi Apvp mp dvp dt γAph kf v 2 p Balanco de momento na tubulacao dmpvp dt γAph Fat Relacao constitutiva Fat kf v 2 p Equacao resultante Adh dt qi κ h Marcio Martins PROTECEPUFBA ENGF79 Conceitos e fundamentos Sistemas hidraulicos Sistemas termicos Sistemas com reacao quımica Tanque com descarga por gravidade Hipoteses Momento na tubulacao Acumulo de massa no tanque Fluido incompressıvel Balanco de massa no tanque dρV dt ρiqi ρApvp Equacoes resultantes Adh dt qi Apvp mp dvp dt γAph kf v 2 p Balanco de momento na tubulacao dmpvp dt γAph Fat Relacao constitutiva Fat kf v 2 p Equacao resultante Adh dt qi κ h Marcio Martins PROTECEPUFBA ENGF79 Tanque com área transversal variável Tanque com área transversal variável Conservação de massa dρVdt ρ₁q₁ ρq Márcio Martins PROTECEPUFBA ENGF79 Tanque com área transversal variável Conservação de massa dρVdt ρ₁q₁ ρq Relação constitutiva q k h Márcio Martins PROTECEPUFBA ENGF79 Tanque com área transversal variável Conservação de massa dρVdt ρ₁q₁ ρq Relação constitutiva q k h Hipótese Fluido incompressível Márcio Martins PROTECEPUFBA ENGF79 Tanque com área transversal variável Conservação de massa Relação constitutiva Hipótese Fluido incompressível Equação resultante Márcio Martins PROTECEPUFBA ENGF79 Conceitos e fundamentos Sistemas hidraulicos Sistemas termicos Sistemas com reacao quımica Topicos em discussao 1 Conceitos e fundamentos 2 Sistemas hidraulicos 3 Sistemas termicos 4 Sistemas com reacao quımica Marcio Martins PROTECEPUFBA ENGF79 Conceitos e fundamentos Sistemas hidraulicos Sistemas termicos Sistemas com reacao quımica Misturador com aquecimento Hipoteses Fluido incompressıvel Ec e Ep desprezıveis Mistura perfeita e ideal Trabalho de eixo desprezıvel Balanco de massa global dV dt q1 q2 q Balanco por especie V dCi dt Ci1 Ciq1 Ci2 Ciq2 Balanco de energia ρVcp dT dt ρq1cpT1 T ρq2cpT2 T ρcqcλTc Marcio Martins PROTECEPUFBA ENGF79 Conceitos e fundamentos Sistemas hidraulicos Sistemas termicos Sistemas com reacao quımica Misturador com aquecimento Hipoteses Fluido incompressıvel Ec e Ep desprezıveis Mistura perfeita e ideal Trabalho de eixo desprezıvel Balanco de massa global dV dt q1 q2 q Balanco por especie V dCi dt Ci1 Ciq1 Ci2 Ciq2 Balanco de energia ρVcp dT dt ρq1cpT1 T ρq2cpT2 T ρcqcλTc Marcio Martins PROTECEPUFBA ENGF79 Conceitos e fundamentos Sistemas hidraulicos Sistemas termicos Sistemas com reacao quımica Misturador com aquecimento Hipoteses Fluido incompressıvel Ec e Ep desprezıveis Mistura perfeita e ideal Trabalho de eixo desprezıvel Balanco de massa global dV dt q1 q2 q Balanco por especie V dCi dt Ci1 Ciq1 Ci2 Ciq2 Balanco de energia ρVcp dT dt ρq1cpT1 T ρq2cpT2 T ρcqcλTc Marcio Martins PROTECEPUFBA ENGF79 Conceitos e fundamentos Sistemas hidraulicos Sistemas termicos Sistemas com reacao quımica Misturador com aquecimento Hipoteses Fluido incompressıvel Ec e Ep desprezıveis Mistura perfeita e ideal Trabalho de eixo desprezıvel Balanco de massa global dV dt q1 q2 q Balanco por especie V dCi dt Ci1 Ciq1 Ci2 Ciq2 Balanco de energia ρVcp dT dt ρq1cpT1 T ρq2cpT2 T ρcqcλTc Marcio Martins PROTECEPUFBA ENGF79 Conceitos e fundamentos Sistemas hidraulicos Sistemas termicos Sistemas com reacao quımica Misturador com aquecimento Hipoteses Fluido incompressıvel Ec e Ep desprezıveis Mistura perfeita e ideal Trabalho de eixo desprezıvel Balanco de massa global dV dt q1 q2 q Balanco por especie V dCi dt Ci1 Ciq1 Ci2 Ciq2 Balanco de energia ρVcp dT dt ρq1cpT1 T ρq2cpT2 T ρcqcλTc Marcio Martins PROTECEPUFBA ENGF79 Conceitos e fundamentos Sistemas hidraulicos Sistemas termicos Sistemas com reacao quımica Topicos em discussao 1 Conceitos e fundamentos 2 Sistemas hidraulicos 3 Sistemas termicos 4 Sistemas com reacao quımica Marcio Martins PROTECEPUFBA ENGF79 Reator químico Márcio Martins PROTECEPUFBA ENGF79 Reator químico Principais hipóteses Reação elementar AB Lei de Arrhenius Márcio Martins PROTECEPUFBA ENGF79 Reator químico Balanço de massa global dρVdt ρq1 ρq Principais hipóteses Reação elementar AB Lei de Arrhenius Γ k0 exp ERT CA Reator químico Balanço de massa global dρVdt ρq1 ρq Balanço por espécie V dCAdt CA1 CAq1 ΓV Principais hipóteses Reação elementar AB Lei de Arrhenius Γ k0 exp ERT CA Reator químico Balanço de massa global dρVdt ρq1 ρq Balanço por espécie V dCAdt CA1 CAq1 ΓV Balanço de energia no reator ρVCp dTdt ρq1cpT1 T ΔHrΓV UATc T Principais hipóteses Reação elementar AB Lei de Arrhenius Γ k0 exp ERT CA Reator químico Reagente Catalisador q1 CA1 T1 q2 T2 Fluido refrigerante Tc0 qc Tc LCAT Principais hipóteses Reação elementar AB Lei de Arrhenius Gamma k0 exp E RT CA Balanço de massa global dρV dt ρq1 ρq Balanço de energia no reator ρVcP dTdt ρq1cpT1 T ΔHrΓV UATc T Balanço de energia na camisa ρcVc cpc dTcdt ρcqccpcTc0 Tc UATc T Balanço por espécie V dCAdt CA1 CAq1 ΓV Márcio Martins PROTECEPUFBA ENGF79