Questões de Concurso Sobre fenômenos de transporte: mecânica dos fluidos, transferência de calor e transferência de massa em engenharia química e química industrial

Ao escoar qualquer tipo de fluido em uma tubulação, sempre haverá uma determinada perda de carga. Essa perda de carga do fluido dentro da tubulação é uma energia dissipada na forma de calor. A fim de diminuir essa perda durante o deslocamento do fluido, costuma-se dividir o trajeto das tubulações em trechos, e, dessa forma, diminuir o uso de máquinas. Acerca desse assunto, analise as assertivas abaixo:
 I. O teorema de Bernoulli é aplicado aos fluidos incompressíveis, através da equação: P₁ − P₂/y + V₁² − V₂²/2_g + (H₁ − H₂) = J
II. O número de Reynolds é aplicado somente ao escoamento turbilhonar.
III. No escoamento laminar, todos os filetes líquidos são paralelos entre si, e as velocidades em cada ponto não variam tanto em direção quanto em grandeza.
IV. Quando R_n (número de Reynolds) tiver valores compreendidos entre 2000 e 4000, o regime é turbilhonar.
V. O ábaco de Moody mostra claramente todas as zonas de escoamento.
Quais estão INCORRETAS? 

Placas de orifício são um dos elementos primários para medição de vazão mais antigos. Elas são utilizadas com frequência principalmente em sistemas de resfriamento e de emergência devido a sua simplicidade, robustez e baixo custo. Em relação a esse equipamento de medição, é correto afirmar que:

As torres de resfriamento geralmente são mais utilizadas para produzir contato entre a água quente proveniente dos sistemas de resfriamento do processo com o ar, objetivando o resfriamento da água e permitindo que ela seja utilizada novamente. Em relação a esse tipo de transmissão de calor por contato direto, é correto afirmar que:

Os fluidos não newtonianos independentes do tempo são aqueles cujas propriedades reológicas independem do tempo de aplicação da tensão de cisalhamento. Dentro dessa classe, destacam-se:
I. Os pseudoplásticos que, em repouso, apresentam suas moléculas em um estado de desordenamento e que, quando submetidos a uma tensão de cisalhamento, suas moléculas tendem a se orientar na direção da força aplicada.
II. Os fluidos dilatantes, como o melaço de cana, que são substâncias que não apresentam um aumento de viscosidade aparente com a tensão de cisalhamento.
III. Os Plásticos de Bingham, que não apresentam relação linear entre a tensão de cisalhamento e a taxa de deformação.
IV. Os fluidos Herschel-Bulkley, que possuem relação entre a tensão de cisalhamento e a taxa de deformação não linear.
Quais estão corretas?

A reologia abrange gases e líquidos não poliméricos e homogêneos e inclui propriedades como: elasticidade, viscosidade e plasticidade. Em relação à classificação reológica dos fluidos, é correto afirmar que:

Em relação aos trocadores de calor do tipo casco e tubo, é correto afirmar que:

Quanto aos mecanismos de transferência de calor, analise as assertivas abaixo:
I. Um bom condutor térmico possui alto valor k.
II. A transferência de calor por convecção ocorre em todos os meios.
III. A radiação térmica emite energia na forma de ondas eletromagnéticas em que a constante σ=5,6703x10^-8W/m²K⁴ é chamada de constante de Stefan-Boltzmann.
Quais estão corretas?

Quanto aos processos de transferência de calor por condução, analise as assertivas abaixo:

I. Para a condução do calor, a equação de taxa de transferência é conhecida como Lei de Fourier.

II. A condução de calor não pode ser vista como a transferência energética entre partículas.

III. Na presença de um gradiente de temperatura, ocorre a transferência energética por convecção e não a transferência energética por condução.

Quais estão corretas?

Examine as afirmativas abaixo sobre filtração e marque (V) para as verdadeiras ou (F) para as falsas.
( ) Quando a diferença de pressão requerida na filtração é muito maior que 1 bar, os filtros a vácuo são recomendados para operação.
( ) Os filtros de disco e de mesa têm como características comum a possibilidade de tratar polpas com granulometria grossa e alta taxa de sedimentação.
( ) Os filtros de disco, correia e de mesa têm como vantagem a possibilidade de lavagem da torta, se necessário.
( ) Os meios filtrantes mais utilizados na mineração são tecidos sintéticos ou naturais.
( ) O filtro de disco convencional tem uma grande área de filtragem em relação à área de piso, o que promove um custo por unidade de área bem menor.
A sequência correta é

Considere a parede plana composta constituída de três materiais em camadas com as dimensões mostradas na Figura abaixo. Se expressarmos a taxa de transferência de calor em regime estacionário por unidade de área entre um gás quente na temperatura Th em um lado dessa parede e um gás frio a Tc no outro lado, obteremos a seguinte expressão:


Designações de temperatura e dimensões são mostradas na figura. Considerando a relação apresentada anteriormente e a figura, qual será a diferença de temperatura entre T1 e T2?

Uma preocupação maior na operação de uma bomba é a presença de cavitação, a qual ocorre quando um líquido que está sendo bombeado vaporiza ou entra em ebulição. Se isso ocorrer, as bolhas de vapor que foram formadas causam uma diminuição na eficiência e, frequentemente, danos estruturais na bomba que podem até levar à falha catastrófica. O parâmetro designado como carga líquida positiva de sucção (da sigla em inglês, NPSH) caracteriza a probabilidade de ocorrer cavitação. Sobre a carga líquida positiva de sucção, analise as assertivas abaixo:
I. Valores de NPSH, em geral, não podem ser determinados experimentalmente para uma faixa de vazões em uma dada bomba.
II. Para uma instalação apropriada de uma bomba, o valor de NPSH calculado deve ser maior que o valor obtido a partir do gráfico de desempenho de uma bomba na mesma vazão.
III. Para uma instalação apropriada de uma bomba, o valor de NPSH calculado nunca deve ser maior que o valor obtido a partir do gráfico de desempenho de uma bomba na mesma vazão.
IV. Para uma instalação apropriada de uma bomba, o valor de NPSH calculado deve ser menor que o valor obtido a partir do gráfico de desempenho de uma bomba na mesma vazão.
Quais estão corretas?

A camada-limite em uma placa plana é mostrada na Figura a seguir. A espessura da camada-limite (δ) é arbitrariamente tomada como a distância longe da superfície, onde a velocidade atinge 99% da velocidade da corrente livre. A Figura apresentada ilustra como a espessura da camada-limite aumenta com a distância (x) a partir da borda. Para valores relativamente pequenos de x, o escoamento dentro da camada-limite é laminar e isso é designado como a região da camada-limite laminar. Finalmente, para certo valor de x e acima, a camada-limite será sempre turbulenta. Na região em que a camada-limite é turbulenta, existe, conforme mostrado, um filme muito fino de fluido, chamado subcamada laminar, em que o escoamento é ainda laminar e há grandes gradientes de velocidade.

O critério para o tipo de camada-limite presente é a magnitude do número de Reynolds (R_ex), conhecido como o número de Reynolds local, baseado na distância x a partir da borda. Assim, para um Reynolds local superior a 3 × 10⁶ a camada limite poderá ser caracterizada como: 

Em um escoamento incompressível, o coeficiente de arraste (CD) depende do número de Reynolds (Re) e da geometria de um corpo. Uma forma geométrica simples que ilustra a dependência do arraste com o número de Reynolds é o cilindro circular. O escoamento invíscido em torno de um cilindro, naturalmente, não produziu nenhum arraste, uma vez que não existiu nenhum atrito nem arraste devido à pressão. A variação no coeficiente de arraste com o número de Reynolds para um cilindro liso é mostrada na Figura a seguir. O padrão de escoamento em torno do cilindro é ilustrado para diferentes valores de número de Reynolds (Re). O padrão de escoamento e a forma geral da curva sugerem que a variação de arraste, e, consequentemente, os efeitos de tensão cisalhante sobre o escoamento, pode ser subdividida em quatro regimes. 


Sobre as características de cada regime, analise as assertivas abaixo:
I. Regime 1 – Neste regime, o escoamento inteiro é laminar e o número de Reynolds pequeno, sendo menor do que 1. Podemos dizer que no regime 1 as forças viscosas predominam. O padrão de escoamento nesse caso é quase simétrico; o escoamento adere ao corpo e a esteira está livre de oscilações. Nesse regime de escoamento lento (creeping flow), efeitos viscosos predominam e se estendem por todo o campo de escoamento.
II. Regime 2 – A Figura mostra duas ilustrações do padrão de escoamento no segundo regime. À medida que o número de Reynolds aumenta, pequenos redemoinhos se formam no ponto de estagnação na parte de trás do cilindro. Para valores mais altos de Reynolds, esses redemoinhos crescem até o ponto em que eles se separam do corpo e são varridos a jusante em direção à esteira. O padrão dos redemoinhos no regime 2 é chamado de vórtice de von Kármán. Essa mudança na característica da esteira de uma natureza estacionária para não estacionária nunca é acompanhada por uma mudança na inclinação da curva de arraste. As características principais desse regime são a natureza estacionária da esteira e a separação do escoamento do corpo.
III. Regime 3 – No terceiro regime, a esteira não é mais caracterizada por grandes redemoinhos, embora ela permaneça não estacionária. O escoamento na superfície do corpo a partir do ponto de estagnação ao ponto de separação é laminar e a tensão cisalhante nesse intervalo é apreciável somente em uma fina camada próxima ao corpo. O coeficiente de arraste tende a atingir um valor constante de aproximadamente 1.
IV. Regime 4 – Em um número de Reynolds próximo de 5 × 10⁵ , o coeficiente de arraste repentinamente diminui para 0,3.
Qual assertiva traz FALSA análise das características do regime apresentado?

Amônia, empregada como fluido refrigerante em um processo, inicialmente a 0°C e 100 kPa (H= 1472,6 kJ/kg) passa por um condensador resfriado com uma corrente de água e o deixa a -20°C e 75 kPa (H= 1431,7 kJ/kg). A água utilizada apresenta como condições iniciais 25°C e 3,2 kPa (H= 104,87 kJ/kg) e 40°C e 7,4 kPa (H= 167,54 kJ/kg) como condições finais. Determine a vazão de água (em kg/s) necessária para se resfriar amônia à vazão de 5 kg/s.

Uma água, inicialmente a 40°C, é bombeada a partir de um tanque de armazenagem a uma vazão de 100 kg/min e deve atingir um segundo tanque, localizado 25 m acima do primeiro, a 25°C. Qual deve ser a potência da bomba (em kW) utilizada nesse transporte de água, se no caminho entre o primeiro e o segundo tanques ocorre uma perda de calor à taxa de 200 kJ/s? Dados: entalpia da água líquida 104,89 kJ/kg a 25°C; entalpia da água líquida 167,50 kJ/kg a 40°C.

A parede de uma caldeira é composta de três camadas: 10 cm de tijolo refratário (k = 1,560 W/m·K), seguida de 23 cm de tijolo isolante de caulim (k = 0,073 W/m·K) e finalmente 5 cm de tijolo de alvenaria (k = 1,0 W/m·K). A temperatura da superfície interna da parede é 1.370 K e da superfície externa é 360 K. Quais são as temperaturas nas superfícies de contato (em K)?