EMA - cap 3 - Aula 03

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Balanços de Massa e EnergiaBalanços de Massa e Energia
Cap. 03 – Balanços de Massa e Energia EMA - 2012-02 - Prof° Luiz Ghelmandi Netto
Balanço de Massa e Energia
9Ferramentas que auxiliam o engenheiro a conhecer
um processo, a identificar os fluxos de materiais e
energia que atravessam o processo, a estabelecer
i i i l i d ã d íd dos principais locais de geração de resíduos ou de
desperdício de energia de forma quantitativadesperdício de energia de forma quantitativa.
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Balanço de Massa e Energia
9 Para coletar os dados e calcular os custos do descarte dos
resíduos ou perda de matéria prima, deve‐se identificar:
o Qual a quantidade de matéria prima materiais e energiao Qual a quantidade de matéria prima, materiais e energia
usada neste determinado processo;
o Qual a quantidade de resíduos e emissões;
o De qual parte dos processos vêm os resíduos e as emissões;q p p ;
o Qual a parte da matéria prima que se torna resíduo;
l d é d l do Qual a parte da matéria prima ou dos materiais utilizados se
perde na forma de emissões voláteis;
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Balanço de Massa e Energia
9 As quantidades de material que são processadas nas
indústrias podem ser descritas por balanços de massa,
que obedecem o princípio da conservação de massa:
“A massa não pode ser criada nem destruída apenasA massa não pode ser criada nem destruída, apenas
transformada.”;
9 Se não houver um acúmulo ou armazenamento, o que
entra em um processo deve sair.
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Balanço de Massa e Energia
9 Em um processo 120 g de enxofre estão contidos no
carvão queimado diariamente em uma caldeira, essa
quantidade de enxofre deixará a câmara de combustão
por dia de uma forma ou de outra (cinzas fuligem) Apor dia, de uma forma ou de outra (cinzas, fuligem). A
soma das quantidades de enxofre presentes nas
substâncias deve ser igual a 120 g.
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Representação de um Balanço de Massa e Energia
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Balanço de Massa
9 Esquema Geral:Esquema Geral:
Matérias primas = Produtos + Resíduos + p
Materiais armazenados
Σm = Σm + Σm + ΣmΣmmp = Σmp + Σ mr + Σmar
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Balanço de Massa
9Quando existe perda no processo:p p
Massa de entrada = Massa de saída + Massa 
armazenada na empresa + massa não identificada.
Matérias primas = Produtos + Resíduos + Materiais 
armazenados + Perdas.
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Balanço de Massa
9 Todos os materiais que entram em cada etapa do processo devem sair na
forma de produto, resíduo ou emissões.
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Balanço de Massa
9 Identifica‐se todos os materiais empregados no processo e também os resíduos e
i õas emissões.
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Balanço de Massa
9 Valores correspondentes aos fluxos da figura:
 DESCRIÇÃO UN. QUANT. DESCRIÇÃO UN. QUANT. 
E1 Peça sem 
pint a
kg 20.400 S1 Peça pintada kg 20.800 
pintura 
E2, 
E3 
Tinta + 
Solvente 
kg 4.000 S2, 
S3 
Ar+ 
tinta+thinner 
m3 101.000.000 
E4 Fita crepe rolos 1.200 S4 Filtro usado kg 270E4 Fita crepe rolos 1.200 S4 Filtro usado kg 270
E5 Ar m3 101.000.000 S5 Desengraxante 
usado (água + 
detergente) 
kg 50.400 
3E6 Filtro de ar kg 100 S6 Solvente 
usado 
m3 1.400
E7 Água m3 49.500 
E8 Detergente L 60E8 Detergente L 60
E9 Thinner kg 2.000 
 
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Balanço de Massa
9 Eficiência do processo:
No caso da pintura de bicicletas:
η = (20.800 – 20.400) / 4.000 = 0,10 ou 10%.
9 Produção Mais Limpa:
f á fo O treinamento de funcionários que faziam o desengraxe teve como
resultado a diminuição do gasto de tinta, evitando que as peças com
defeito fossem para a etapa de limpeza (redução no consumo de thinner).
o A eficiência do processo passou a ser 14%.
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Balanço de Energia
9 As quantidades de energia podem ser descritas por balanços
energéticos que obedecem o Princípio da Conservação de
Energia (Primeiro Princípio da Termodinâmica):Energia (Primeiro Princípio da Termodinâmica):
“A energia não pode ser criada nem destruída, pode ser 
modificada na sua forma.”
d íd l dEntrada = Saída + Acumulado
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Balanço de Energia
9 Esquema Geral:
Energia de entrada = Energia de saída +Energia de entrada   Energia de saída + 
Energia armazenada + Perdas
ΣEmp = ΣEp + Σ Er + ΣEar + ΣELΣEmp  ΣEp + Σ Er + ΣEar + ΣEL
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Objetivos
9 Avaliar o uso de matérias primas, energia e materiais auxiliares,
a eficiência da conversão (matéria prima + energia = produto),
de produção e de perdasde produção e de perdas.
9 Os balanços de massa e energia, usados em conjunto com um
diagnóstico voltado à busca de soluções benéficas ao meio
ambiente, são uma ferramenta poderosa para a melhoria dos, p p
processos de produção, tanto no que se refere à sua eficiência,
f à d d bcomo no que se refere à redução dos impactos ambientais
causados pela indústria.
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Análise dos Fluxos de Energia
9 A análise dos fluxos de energia examina o consumo de energia
de um sistema, um processo ou instalação com a finalidade de:
o Determinar as formas de energia utilizadas;o Determinar as formas de energia utilizadas;
o Analisar a utilização da energia;
o Verificar os dados atuais e investigar as práticas e
procedimentos operacionais;p p ;
o Identificar áreas de perdas e desperdícios de energia;
l d d í d do Desenvolver as medidas possíveis para reduzir o consumo de
energia.
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Análise dos Fluxos de Energia
9 O levantamento visa identificar e corrigir perdas energéticas
mais óbvias, tais como:
o Vazamentos de óleo vapor e gás;o Vazamentos de óleo, vapor e gás;
o Superfícies quentes que necessitam de isolamento;
o Ajuste de queimadores;
o Saída de gases com alta temperatura;g p ;
o Movimentação desnecessária de materiais;
d l d f d l b do Instrumentos de controle defeituosos ou descalibrados, etc;
o Excesso de iluminação
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Balanço de Energia
9 Balanço de energia de um forno utilizando um diagrama Sankey:
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Balanço de Energia
9 Balanço de energia da caldeira (produz vapor por meio de aquecimento de
água):
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Balanço de Energia
9 Melhorias Propostas:
1. Instalação de sistemas de monitorização contínua automática dos
gases de combustão: A análise do gás de escape mostrou 4% de excesso
de oxigênio e temperatura do gás de saída de 329°C com a eficiência da
caldeira calculada em 79,6%. Além disso, o uso de combustível na
entrada caiu em 5,8%.
2. Instalação de trocador de calor para elevar a temperatura da água de
entrada: A análise
do gás de escape mostrou 4% de excesso de oxigênio
e temperatura do gás de saída de 194°C com a eficiência da caldeirap g
calculada em 86,2%. Além disso, o uso de combustível na entrada caiu
em 7,7%.
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em 7,7%.
FimFim
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