Engenharia Química - Princípios e Cálculos, 8ª edição

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Esta oitava edição de Engenharia Química: Princípios e Cálculos ultrapassa a abordagem dos tópicos introdutórios tradicionalmente apresentados e traz aplicações que refletem o alcance integral das engenharias química, biológica, de petróleo e ambiental. Em comemoração aos 50 anos de seu lançamento – durante os quais tem sido considerada como a obra de base com maior teor prático –, esta edição está totalmente atualizada e reorganizada. O objetivo é abordar os princípios e cálculos mais recentes e com maior eficiência, além de apresentar uma cobertura ampliada de bioengenharia, nanoengenharia e engenharia verde. O livro oferece uma fundamentação consistente das habilidades e dos conhecimentos que permitem realizar estudo e prática proveitosos.
Engenharia Química: Princípios e Cálculos orienta os estudantes por meio de formulações e resoluções de problemas de balanço de massa e de energia, assim como da descrição de gases, líquidos e vapores. As melhorias desta oitava edição incluem muitos problemas inéditos, exemplos e tarefas para estudo individual. O livro-texto conta, ainda, com diversos recursos suplementares on-line, disponíveis no site da LTC Editora – GEN | Grupo Editorial Nacional, mediante cadastro.

 

12 capítulos

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CAPÍTULO 1 - O QUE SÃO ENGENHARIA QUÍMICA E BIOENGENHARIA?

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CAPÍTULO 1

O que São Engenharia Química e

Bioengenharia?

1.1 Introdução

1.2 Uma Breve História da Engenharia Química

1.3 Onde Engenheiros Químicos e Bioengenheiros Trabalham?

1.4 Contribuições Futuras da Engenharia Química e da Bioengenharia

1.5 Conclusão

Ao estudar este capítulo, você deve ser capaz de

1. Apreciar a história da engenharia química e da bioengenharia

2. Entender os tipos de indústrias que empregam engenheiros químicos e bioengenheiros

3. Apreciar a diversidade de tipos de trabalhos em que os engenheiros químicos e bioengenheiros se engajam

4. Entender algumas das maneiras em que os engenheiros químicos e bioengenheiros podem contribuir no futuro para a solução de certos problemas da sociedade

Olhando Adiante

Neste capítulo, apresentaremos algumas características das profissões de engenharia química e de bioengenharia. Primeiro, apresentaremos uma revisão da história desses campos. Em seguida, consideraremos onde graduados desses programas vão trabalhar. Finalmente, apresentaremos tipos de projetos em que engenheiros químicos e bioengenheiros podem participar agora e no futuro.

 

CAPÍTULO 2 - CONCEITOS INTRODUTÓRIOS

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Capítulo 2

Conceitos Introdutórios

2.1 Sistemas de Unidades

2.2 Conversão de Unidades

2.3 Consistência Dimensional

2.4 Algarismos Significativos

2.5 Validação de Resultados

2.6 O Mol e a Massa Molar

2.7 Escolhendo uma Base

2.8 Massa Específica e Densidade Relativa

2.9 Concentração

2.10 Temperatura

2.11 Pressão e Carga Hidrostática

2.12 Vazão

Ao estudar este capítulo, você deve ser capaz de

 1. Entender e explicar a diferença entre os sistemas de unidades SI e AE

 2. Converter um valor em um conjunto de unidades em um valor equivalente em outro conjunto de unidades

 3. Aplicar os conceitos de consistência dimensional para determinar a validade de uma equação ou função

 4. Empregar um número apropriado de algarismos significativos em seus cálculos

 5. Converter massa em mols e vice-versa

 6. Validar sua resposta a um problema

 7. Escolher uma base apropriada para resolver um problema

 

CAPÍTULO 3 - BALANÇOS DE MASSA

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CAPÍTULO 3

Balanços de Massa

3.1

3.2

Introdução a Balanços de Massa

Uma Estratégia Geral para a Resolução de Problemas de Balanço de Massa

Ao estudar este capítulo, você deve ser capaz de

1. Desenvolver o entendimento conceitual de balanços de massa

2. Entender os conceitos de sistemas abertos, sistemas fechados, sistemas em estado estacionário e em estado não estacionário

3. Expressar em palavras como obter os balanços de massa de processos envolvendo simples ou múltiplos componentes

4. Familiarizar-se com a estratégia que o auxiliará na resolução de problemas de balanço de massa

Se as pessoas soubessem quão árduo eu trabalhei para chegar à minha mestria, não a consideraria tão maravilhosa assim.

Michelangelo

No Capítulo 3, introduziremos o conceito de balanço de massa. O balanço de massa nada mais é que a aplicação da lei de conservação de massa: “Matéria não é criada nem destruída.” O entendimento dessa declaração na prática e como você pode usar esse conceito para resolver problemas de diferentes graus de complexidade requerem um pouco de explicação.

 

CAPÍTULO 4 - BALANÇOS DE MASSA SEM REAÇÃO QUÍMICA

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Capítulo 4

Balanços de Massa sem Reação

Química

Ao estudar este capítulo, você deve ser capaz de

1. Analisar o enunciado do problema e organizar mentalmente a estratégia de resolução

2. Aplicar a estratégia de dez etapas para resolver problemas que não envolvam reações químicas

No Capítulo 3, foram abordados problemas de balanços de massa que não envolveram reações químicas. Você se sente agora capacitado para aplicar esses conceitos? Você pode aprimorar suas habilidades empregando-as às aplicações apresentadas neste capítulo e, então, comparando suas resoluções com as apresentadas no texto. Se conseguir resolver sem dificuldade cada um dos problemas, parabéns! Caso contrário, analise as passagens que encontrou dificuldades. Se você simplesmente ler o problema e sua resolução, não exercitará sua atividade de aprendizado necessária ao aprimoramento de suas habilidades. Caso queira intensificar seu aprendizado, você encontrará mais problemas resolvidos no site da LTC Editora para este livro.

 

CAPÍTULO 5 - BALANÇOS DE MASSA ENVOLVENDO REAÇÕES

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CAPÍTULO 5

Balanços de Massa

Envolvendo Reações

5.1 Estequiometria

5.2 Terminologia para Sistemas com Reações

5.3 Balanços Molares de Espécies Químicas

5.4 Balanços de Massa por Elemento

5.5 Balanços de Massa para Sistemas com Combustão

Ao estudar este capítulo, você deve ser capaz de

1. Descrever e executar balanços de equações envolvendo reações químicas

2. Determinar as quantidades estequiométricas de reagentes e produtos, em mols ou em massa, dada a reação química

3. Identificar os reagentes limitantes e em excesso em uma reação e calcular a fração ou porcentagem em excesso do(s) reagente(s); calcular a porcentagem de conversão ou de terminação; calcular o rendimento e a extensão de uma reação química com os reagentes dados em proporção não estequiométrica

4. Efetuar a análise do número de graus de liberdade de processos envolvendo reação(ões) química(s)

5. Formular e resolver balanços de massa utilizando (a) espécies químicas e (b) elementos

 

CAPÍTULO 6 - BALANÇOS DE MASSA PARA SISTEMAS MULTIUNIDADES

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CAPÍTULO 6

Balanços de Massa para

Sistemas Multiunidades

6.1

6.2

6.3

6.4

6.5

Conceitos Principais

Sistemas Sequenciais Multiunidades

Sistemas com Reciclos

By-pass e Purga

A Aplicação Industrial de Balanços de Massa

Ao estudar este capítulo, você deve ser capaz de

1. Escrever um conjunto de balanços de massa independentes para um processo envolvendo mais de uma unidade

2. Aplicar a estratégia de dez etapas para resolver os problemas de multiunidades (com e sem reações químicas), envolvendo correntes sequenciais, de reciclo, e/ou de by-pass e/ou de purga

3. Resolver problemas manualmente, em que um número modesto de unidades interconectadas está envolvido, fazendo os balanços apropriados

4. Usar os conceitos de conversão global e conversão de única passagem (sem recirculação) para resolver problemas de reciclo em reatores

5. Explicar a finalidade de uma corrente de reciclo, uma corrente de by-pass e uma corrente de purga

 

CAPÍTULO 7 - GASES IDEAIS E REAIS

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CAPÍTULO 7

Gases Ideais e Reais

7.1

7.2

7.3

7.4

Gases Ideais

Gases Reais: Equações de Estado

Gases Reais: Gráficos de Compressibilidade

Misturas de Gases Reais

Ao estudar este capítulo, você deve ser capaz de

1. Entender as condições sob as quais a lei dos gases ideais se aplica e as condições para as quais as relações de gases reais têm de ser usadas

2. Lembrar que os valores de p e T usados nas relações para determinar as propriedades dos gases são absolutos e não relativos

3. Usar a pressão parcial nos cálculos envolvendo gases ideais multicomponentes

4. Resolver os balanços de massa envolvendo gases ideais ou reais

Neste capítulo, começaremos a considerar as propriedades físicas de componentes puros e misturas. Por propriedade queremos dizer qualquer característica mensurável de uma substância, tal como pressão, volume ou temperatura, ou uma característica que possa ser calculada ou deduzida, tal como energia interna, que será discutida no Capítulo 9. O estado de um sistema fornece a condição de um sistema quando especificado por suas propriedades. Você pode encontrar valores para propriedades de compostos e misturas em muitos formatos, incluindo

 

CAPÍTULO 8 - EQUILÍBRIO MULTIFÁSICO

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Capítulo 8

Equilíbrio Multifásico

8.1 Introdução

8.2 Diagramas de Fases e Regra das Fases

8.3 Sistemas Bifásicos com Um Componente (Pressão de Vapor)

8.4 Sistemas com Dois Componentes na Fase Gasosa/Um Componente na Fase Líquida

8.5 Sistemas com Dois Componentes na Fase Gasosa/Dois Componentes na Fase Líquida

8.6 Equilíbrio Líquido-Vapor para Sistemas Multicomponentes

Ao estudar este capítulo, você deve ser capaz de

1. Reconhecer a conexão entre equilíbrio multifásico e a tecnologia da separação

2. Entender diagramas de fases e a terminologia associada, assim como a regra das fases

3. Determinar a pressão de vapor de um componente puro e usá-la para determinar o grau de vaporização para ou condensação a partir de um gás condensável

4. Entender o equilíbrio líquido-vapor para um sistema binário

Olhando Adiante

Neste capítulo, introduziremos a tecnologia de separação, que é usada extensivamente nas indústrias de processo. Os diagramas de fases e a regra das fases serão inicialmente introduzidos e a seguir as características de uma variedade de sistemas bifásicos para um componente, concluindo com uma discussão de sistemas bifásicos multicomponentes.

 

CAPÍTULO 9 - BALANÇOS DE ENERGIA

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CAPÍTULO 9

Balanços de Energia

9.1 Terminologia Associada com Balanços de Energia

9.2 Tipos de Energia a Serem Incluídos em Balanços de Energia

9.3 Balanços de Energia sem Reação

Ao estudar este capítulo, você deve ser capaz de

1. Definir ou explicar os seguintes termos: energia, sistema, sistema fechado, sistema sem escoamento, sistema aberto, sistema com escoamento, vizinhança, propriedade, propriedade extensiva, propriedade intensiva, estado, calor, trabalho, energia cinética, energia potencial, energia interna, entalpia, estado inicial, estado final, variável de estado, processo cíclico, função que dependente do caminho, calor específico

2. Selecionar um sistema adequado para resolver um problema, aberto ou fechado, estacionário ou não estacionário e fixar a fronteira do sistema

3. Converter energia de um sistema de unidades em outro sistema

4. Localizar rapidamente a fonte de valores de propriedades a partir de tabelas, gráficos, equações e banco de dados em computadores

 

CAPÍTULO 10 - BALANÇOS DE ENERGIA: COMO CONSIDERAR REAÇÕES QUÍMICAS

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CAPÍTULO 10

Balanços de Energia: Como

Considerar Reações Químicas

10.1

10.2

10.3

10.4

Calor (Entalpia) Padrão de Formação

Calor (Entalpia) de Reação

Integração do Calor de Formação com o Calor Sensível

Calor (Entalpia) de Combustão

Ao estudar este capítulo, você deve ser capaz de

1. Explicar o significado de calor (entalpia) padrão de formação, calor (entalpia) de reação e valores do poder calorífico inferior e poder calorífico superior

2. Listar as convenções-padrão e os estados de referência padrão utilizados em reações associadas ao calor-padrão de formação e ao calor de combustão

3. Calcular o calor-padrão de reação a partir de dados tabelados de calores-padrão de formação

(ou combustão) para uma dada reação

4. Entender como combinar o calor de formação com variações do calor sensível para resolver problemas envolvendo reações químicas

5. Resolver problemas simples de balanço de massa e de energia envolvendo reações

 

CAPÍTULO 11 - DIAGRAMAS DE UMIDADE (DIAGRAMAS PSICROMÉTRICOS) E SEU USO

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Capítulo 11

Diagramas de Umidade

(Diagramas Psicrométricos) e

Seu Uso

11.1 Terminologia

11.2 Diagrama de Umidade (Diagrama Psicrométrico)

11.3 Aplicações do Diagrama de Umidade

Ao estudar este capítulo, você deve ser capaz de

1. Definir e compreender umidade, temperatura de bulbo seco, temperatura de bulbo úmido, diagrama de umidade, volume úmido e linha de resfriamento adiabático

2. Usar diagrama de umidade para determinar as propriedades de ar úmido

3. Calcular variações de entalpia e resolver problemas de aquecimento e resfriamento envolvendo ar úmido

Olhando Adiante

Como você já sabe, o ar é uma mistura de vários gases de composição aproximadamente constante, contendo ainda vapor d’água em teores que variam com o tempo e com a localidade. Neste capítulo, discutiremos como aplicar balanços de massa e de energia simultaneamente para resolver problemas de processos que envolvam ar e água, tais como aqueles de umidificação, condicionamento de ar, resfriamento de água e similares.

 

APÊNDICES

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Apêndice A

Respostas das Questões e

Problemas Suplementares

Capítulo 2

Seção 2.1

Q1. (c)

Q2. (a)

Q3. Derivada

P1. (a), (d) e (e) estão corretos.

Seção 2.2

Q1. Um fator de conversão com as unidades no sistema americano de engenharia

Q2. Sim

Q3. lbf é a força e lbm é massa e as unidades são diferentes.

Q4. No SI, as magnitudes de muitas das unidades são escalonadas na base de 10, mas não no

sistema AE. Consequentemente, as unidades são frequentemente ignoradas fazendo as

conversões no SI.

Q5. No sistema AE de unidades, 1 lbf; sim; não

Q6. 1000 kg

P1. 1, adimensional

P2. 5,38 h

P3. (a) 5,96 kg/m; (b) 16,0 kg/(m3)(s)

P4. 1,06 × 10–3 lbm/(ft)(s)

P5. 4,16 × 10–3 m3

Seção 2.3

Q1. Todos os termos aditivos no lado direito de uma equação têm de ter as mesmas dimensões

que aquelas do lado esquerdo.

Q2. Todas as unidades se cancelam.

 

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