Questões de Concurso Para engenharia química

Um engenheiro precisa selecionar um trocador de calor de escoamento em passe único capaz de resfriar óleo de máquina de 70 ^oC para 50 ^oC e com carga térmica de projeto igual a 150 kW. Outra exigência do projeto é que a temperatura do fluido de resfriamento (água) deve variar de 20 ^oC até 40 ^oC.
Considerando-se as possibilidades de adoção de um trocador de contracorrente, qual a área de superfície de transferência de calor desse trocador?
Dado Coeficiente de transferência de calor global médio igual a 100 W/(m².^oC).

A reação elementar A → B ocorre em um reator tubular (PFR – reator com escoamento uniforme), representado pela Figura abaixo, com uma vazão volumétrica de entrada de 6 L/min. A velocidade específica de reação é 0,25 min^-1.

O volume do reator necessário para reduzir a concentração de saída a 20% da concentração de entrada é, aproximadamente,
Dado In 0,2 = -1,609

O Primeiro Princípio da Termodinâmica, princípio da conservação da energia, relaciona a variação de energia interna de um sistema com o calor e trabalho. Um gás está contido num cilindro com êmbolo móvel, a uma pressão de 6,0.10⁴ N/m². São fornecidos ao sistema 10 kJ de calor à pressão constante, e o volume do gás sofre uma expansão de 50 L.
O trabalho realizado e a variação de energia interna nessa transformação em Joule, são, respectivamente,
Dado 1 Pa = 1 N m^-2

O reator abaixo ilustra um Reator CSTR (Reator Tanque Agitado Contínuo). A reação A → B + C ocorre nesse reator. A carga inicial é alimentada com uma mistura equimolar de A e inerte à temperatura de 400 K e pressão total de 10 atm. A vazão de entrada é 8 L/s. Os dados coletados no laboratório e processados foram colocados na Tabela abaixo.


Usando os dados da Tabela e utilizando a Lei dos Gases Ideais, conclui-se que o volume do reator CSTR (em litros) necessário para alcançar uma conversão de 80% é

A Equação de Arrhenius, k = k₀ exp^(-E/RT), pode ser escrita na forma logarítmica gerando a expressão ln k = ln k₀ – E/RT. Os dados apresentados na Tabela a seguir referem-se à reação 2A → 2B + C.
T (°C) T (K) K (L mol^-1 s^-1) ln k 161,63 434,78 148,42 5,00 104,20 377,35 1 0 60,18 333,33 0,0067 -5,0
A partir desses dados plotados na Figura abaixo, calcula-se a Energia de Ativação desta reação.

O valor da Energia de Ativação expresso em Joules/mol é

O tempo espacial expressa o tempo necessário para processar um volume de reator considerando-se a alimentação do fluido nas condições de entrada. Considere um reator tubular de 200 L que é alimentado com uma vazão volumétrica de 5 L/s.
O tempo espacial, em minutos, é

Usando os conceitos de Entropia (S) aplicados às reações químicas, observe a reação química 2A(l) + B(s) → 2C(g). A Entropia dessa reação química varia do seguinte modo:

Uma bola é inflada com 0,005 L de um gás ideal e está inicialmente na superfície de um tanque com água, conforme representado na Figura abaixo. Essa bola é capaz de se expandir ou se comprimir de acordo com as variações de pressão.

Qual o volume dessa bola, quando ela atingir a profundidade de 50 metros?
Dado A temperatura é constante e igual a 25°C. 1 atm = 10 m

O diagrama de fases pode ser representado por gráficos em função de P x T a partir das equações de pressão de vapor de um ou mais componentes. Na construção desses gráficos, é possível encontrar a temperatura normal de ebulição, utilizando-se a equação para a pressão de vapor do líquido a pressão atmosférica. Sabe-se que as pressões saturadas de vapor para as fases sólida e líquida se cruzam no ponto triplo e que a temperatura, T_pt, do ponto triplo é de 1260 K.
As equações para a pressão de vapor do NaF sólido e líquido com a pressão são, respectivamente, as seguintes:
Inp = - 2,01lnT + 33,740 Inp = - 2,52lnT + 34,660
O calor de fusão, ∆H, do fluoreto de sódio (NaF), no ponto triplo, em KJ, é
Dado pressão na equação em (atm), temperatura na equação em (K) e constante dos gases R = 8,3144 JK^-1 mol-¹

Um gás realiza um escoamento adiabático, com uma vazão mássica constante, em um tubo horizontal de área da seção reta também constante. Sabe-se que o volume específico e a velocidade aumentam de acordo com a equação da velocidade máxima (u_max) do escoamento neste tubo. Considere que ocorre um processo de escoamento permanente em um sistema de fluidos monofásicos e que o volume de controle só tem uma entrada e uma saída. Qual a expressão do valor da velocidade máxima (u_max)?

Uma máquina térmica de uma central termoelétrica opera entre um reservatório térmico a 823 K e o ambiente a 300K. Sabe-se que a taxa de transferência de calor do reservatório a alta temperatura para a máquina é de 1 MW, e a potência da máquina, ou seja, a taxa de realização de trabalho é de 450 KW.
A eficiência dessa máquina térmica é de

Considere a função de estado da energia interna U=U(S,V) e sua expressão diferencial dU=TdS-pdV. Correlacione com a entalpia H=H(S,P) e sua expressão H=U+PV.
A relação de Maxwell correspondente é

Um metal apresenta massa de 1 kg e sofre uma pressão, em um processo isotérmico e reversível, de 0,5 a 100 MPa. Sabendo-se que a temperatura do bloco é de 298 K, o calor transferido em J por Kg desse metal nessa mudança de fase é
Dado Expansão volumétrica = α = 5,0 x 10^-5 K^-1 Volume específico = v = 0,000114 m³/Kg

Um ciclo de refrigeração a ar em que ocorre um processo de expansão numa turbina está representado na Figura abaixo.

Considere o ciclo-padrão a ar de refrigeração simples, onde o ar entra no compressor a 0,1 MPa e 253 K, deixando-o a 0,5 MPa. O modelo utilizado para o ar é de gás perfeito com C_p = 1,0035 KJ Kg^-1 K^-1, C_v = 0,7165 KJ Kg^-1 K^-1 para uma temperatura de 300K.
Cada processo ocorre em regime permanente e não ocorrem variações de energia cinética ou potencial no sistema.
Sabendo-se que o ar entra na turbina a 288 K, o coeficiente de eficácia desse ciclo é de

A reação de equilíbrio a seguir ocorre à pressão de 1 bar, e sua constante de equilíbrio das pressões parciais K_p (T) é igual a 1,36x10^-3 na temperatura de 298 K.
NH_3(g) ⇔
O valor correspondente de K_c (T) para essa reação no estado padrão de 1 mol L^-1 é de
Dado Constante dos gases, R=0,083145 L.bar.mol^-1 .K^-1

Uma máquina térmica reversível operando com um gás ideal absorve 2,0 KJ a 350 °C, realizando trabalho e rejeitando calor a 40 °C.
Qual o trabalho realizado, em KJ?

A formação do trióxido de enxofre (SO_3(g)) ocorre a partir da oxidação do dióxido de enxofre (SO_2(g)), reagindo com oxigênio (O_2(g)) a temperatura de 960K e a constante de equilíbrio nesta temperatura de Kp=10.
A energia de Gibbs nessas condições, em KJmol^-1, é
Dado Pressões parciais, em bar, do SO_2(g), O_2(g), SO_3(g), respectivamente, 10^-3, 0,20, 10^-4. Constante dos gases, R = 8,314 J.^-1 .mol^-1; Logaritmo Neperiano, ln(5)=1,609; ln(10)=2,303.

A pressão de vapor do benzeno e tolueno puro a 293 K são, respectivamente, 0,1 bar e 0,03 bar. Sabe-se que a solução contém 1,2 moles de benzeno e 1,3 moles de tolueno.
Considerando-se a idealidade, a composição da fase vapor em equilíbrio com a solução é

Uma quantidade de ar a uma temperatura de 290K é comprimida de 101,3 KN/m² a 2065 KN/m² em um compressor de dois estágios. O compressor opera com uma eficiência mecânica de 85%, e a relação entre pressão e volume durante a compressão e expansão do gás é PV^1,25 = Constante. Sabe-se que as taxas de compressão dos dois cilindros são iguais, e o refrigerador intermediário possui 100% de eficiência.
O trabalho de compressão em KJ por Kg de ar comprimido é
Dado a T=290 K, volume específico = 0,826 m³/Kg

Em relação à destilação de misturas binárias e multicomponentes, analise as assertivas e assinale a alternativa que aponta as corretas.
I. O método simplificado (Fenske, Underwood, Gilliland ou ErbarMaddox e Kirkbride) é uma ferramenta importante, pois pode ser aplicado para qualquer sistema, binário ou multicomponente. II. O refluxo mínimo é determinado pelo método de Fenske e a operação em refluxo total, pelo método de Underwood. III. O método de Gilliland permite determinar o número mínimo de estágios e, em seguida, o número de estágios em operação normal. IV. O método de Erbar-Maddox permite determinar tanto o número de estágios quanto a razão de refluxo para a operação normal da coluna, a partir das condições limites de operação. V. Uma regra heurística bastante aplicada estima que o número de estágios da coluna para operação com o refluxo econômico (1,2 a 1,5 vezes o mínimo) seja o dobro (duas vezes) do número mínimo de estágios.