Questões Militares de Engenharia Química e Química Industrial - Fenômenos de Transporte: Mecânica dos Fluidos, Transferência de Calor e Transferência de Massa

Analise a figura a seguir. 

                           

Assinale a opção que apresenta o valor da pressão manométrica (em KN/m²) obtida no ponto P, de uma esfera contendo uma substância X e água conectada a um tubo em forma de U, conforme representado na figura acima. 

Dados:

Densidade da água = 10³ Kg/m³

Densidade da substância X = 750 Kg/m³

Densidade do Mercúrio = 13,6 x 10³ Kg/m³

g = 10 m/s² 

Sobre a difusão de um gás por uma membrana polimérica amorfa que não apresente variação de volume, analise as afirmativas. 

I. Devido às características da membrana, o fluxo global do soluto será governado pela contribuição difusiva, sendo dado pela equação  que é, particularmente, válida quando o penetrante apresenta baixa dz solubilidade em relação ao material de que é feita a membrana.

II. A força motriz para o transporte do difundente é a diferença de concentração entre a alimentação do gás e a sua saída.

III. Para que a difusão do penetrante obedeça à lei ordinária da difusão, a mobilidade do soluto deve ser muito maior se comparada à mobilidade dos segmentos de polímero da cadeia polimérica.

Está(ão) correta(s) apenas a(s) afirmativa(s) 

A escolha da operação de transferência de massa a ser usada para efetuar-se a separação de uma mistura multicomposta depende da viabilidade operacional, da teoria físico-química e das questões econômicas. O porte necessário para a unidade operacional tem seu custo calculado a partir do conhecimento das limitações do equilíbrio de fase. Sobre equilíbrio de fases, analise as afirmativas.

I. Para o equilíbrio líquido-líquido, na extração em fase líquida, no caso mais simples, o soluto é dividido entre duas fases líquidas insolúveis. Os dados de equilíbrio para este caso podem ser registrados como razões entre a massa de soluto e solvente em cada uma das fases em equilíbrio.

II. A adsorção, que é a forma mais comum do estabelecimento de equilíbrio entre gás e sólido, pode ocorrer mediante mecanismos físicos e químicos. As moléculas do fluido aderem à superfície do adsorvente sólido, e fica estabelecido um equilíbrio entre o fluido adsorvido e a fase fluida restante.

III. Para o equilíbrio sólido-líquido, um estágio de equilíbrio pode ser definido como aquele em que o líquido aderente aos sólidos que saem do estágio não tem a mesma composição que o extrato líquido que sai do mesmo estágio.

Está(ão) correta(s) apenas a(s) afirmativa(s)

Em relação ao fenômeno, analise as afirmativas.

I. O produto da reação L é altamente solúvel no líquido, o que o leva a não influenciar o curso do processo difusivo.

II. A concentração do gás A dissolvido é grande quando comparada à do líquido B, ou seja, A está em excesso.

III. A espécie A difunde desde a interface gás-líquido até o seu desaparecimento total ao atingir uma profundidade Z= δ na fase líquida.

Está(ão) correta(s) apenas a(s) afirmativa(s)

A respeito das curvas características de uma bomba centrífuga, analise as afirmativas.

I. A pressão manométrica de descarga do fluido bombeado é dependente da densidade do fluido.

II. A pressão diminui continuamente à medida que a capacidade diminui.

III. Uma bomba centrífuga opera, usualmente, a velocidade constante, e a capacidade da bomba depende somente da pressão total, do projeto e das condições de sucção.

Está(ão) correta(s) apenas a(s) afirmativa(s)

( ) O coeficiente global varia, linearmente, com T ao longo do trocador.

( ) Aplica-se ao escoamento em contracorrente.

( ) Taxa de transferência de calor.

( ) Calor cedido pelo fluido quente, quando ele passa pelo trocador de calor.

A seqüência correta é

0 tratamento clássico da Segunda Lei da Termodinâmica está baseado em uma visão macroscópica das propriedades, independente de qualquer conhecimento da estrutura da matéria ou do comportamento das moléculas. Ele se origina do estudo de máquinas térmicas. Sobre máquinas térmicas, informe se as afirmativas abaixo são verdadeiras (V) ou falsas (F) e, em seguida, assinale a alternativa que apresenta a seqüência correta.

( ) Na operação, o fluido de trabalho de uma máquina térmica absorve calor de um reservatório quente, produz uma quantidade líquida de trabalho, descarta calor para um reservatório frio e retorna ao seu estado inicial. 

( )  A eficiência térmica da máquina é definida como 

( ) Uma máquina térmica operando de forma irreversível é chamada máquina de Carnot.

( ) Para dois reservatórios de calor dados, nenhuma máquina pode possuir uma eficiência térmica inferior à de uma máquina de Carnot. 

Sobre o trocador de calor com quatro passes nos tubos e um passe no casco, analise as afirmativas.

I. A viscosidade dos fluidos é um fator importante na escolha do fluido que deve estar no lado do casco. No casco, mediante o uso de chicanas, é possível ter uma diminuição do atrito.

II. Uma desvantagem dos trocadores de passes múltiplos é a perda extra por atrito provocada pelas velocidades mais altas e as perdas na entrada e na saída dos distribuidores.

III. A modificação constante da velocidade do fluido do casco tende a turbilhonar a corrente, o que melhora a transferência de calor.

Está(ão) correta(s) apenas a(s) afirmativa(s)

A atividade dos vórtices na turbulência serve como um mecanismo para a transferência de momento. Além disso, uma vez que existem partículas grandes do fluido em movimento transversal, esta atividade turbulenta também serve como meio para a misturação física. Esta misturação física dos fluidos é importante na transferência de massa e calor. Consideremos uma fronteira numa parede que é capaz de fornecer calor ou massa a uma corrente de fluido. Se a concentração da propriedade transferível na parede for, significativamente, mais elevada que na corrente principal do fluido, haverá um gradiente nas vizinhanças da parede e ocorrerá transferência para o fluido. Depois de instalar-se o estado permanente, os gradientes de concentração nas diversas seções das correntes fluidas são os que aparecem na figura.

Transferência de calor e de massa no escoamento turbulento. Variação da concentração da propriedade transferida com a posição radial

Sobre a transferência de calor e massa no escoamento turbulento (figura) analise as afirmativas.

I. O gradiente na camada laminar é grande, com a maior parte da diferença de concentração entre a parede e o centro do fluido ocorrendo nesta delgada camada laminar. Nela ocorre transferência molecular, com uma taxa que depende do gradiente e da difusividade molecular.

II. O gradiente na região de amortecimento é, consideravelmente, maior que na camada laminar, com uma diferença de temperatura, ou de concentração, maior que na camada laminar.

III. O gradiente através do núcleo turbulento é muito pequeno em comparação com o da região de amortecimento. Parte da transferência ocorrerá em virtude do mecanismo de transporte molecular, mas a maior parte do transporte ocorrerá pela misturação física de massa.

Está(ão) correta(s) apenas a(s) afirmativa(s)

 A determinação experimental dos coeficientes individuais de transferência de massa não é trivial. Uma das maneiras para estimá-los consiste na realização de experimentos nos quais é estabelecido, operacionalmente, que a resistência oferecida ao transporte do soluto de uma das fases venha a ser desprezível em face da outra. Caso contrário, o coeficiente obtido engloba as resistências das fases envolvidas no processo de separação. Sobre os coeficientes globais de transferência de massa, resistência e processo de separação, informe se as afirmativas abaixo são verdadeiras (V) ou falsas (F) e, em seguida, assinale a alternativa que apresenta a seqüência correta.

( ) Para o sistema absorção da amônia por água, a equação é 1/K_Y=1/K_Y; nesse caso a resistência da fase gasosa controla o processo de transferência de massa.

( ) O equipamento de separação utilizado para um sistema envolvendo um gás pouco solúvel na fase líquida são as torres spray.

( ) Utilizam-se as torres de borbulhamento quando as duas fases (líquido e gás) controlam o processo de transferência de massa ou quando se opera com elevadas taxas de vapor em relação às do líquido.

( ) Para o sistema absorção do dióxido de carbono por água, a equação é 1/K_X=1/K_X; nesse caso a resistência da fase líquida controla o processo de transferência de massa. 

 Sobre o escoamento de um fluido sobre uma superfície plana e junto à parede de uma placa-plana, analise as afirmativas.

I. Para a figura b, a transferência de quantidade de movimento se sucede em nível molecular e o regime continua sendo laminar.

II. Houve modificação qualitativa (U_∞1 para U_∞2), mas não quantitativa, pois não ocorreu a mistura macroscópica devido ao entrelaçamento entre as lâminas.

III. Ao regime laminar quando comparado às figuras a e b: as lâminas de fluido mais distantes da parede da placa apresentam agitação distinta se comparada com aquela associada às lâminas próximas à superfície da placa, mas o comportamento macroscópico não é afetado.

Está(ão) correta(s) apenas a(s) afirmativa(s)

Sobre a distribuição de temperatura em trocadores de calor com escoamento em paralelo e em contracorrente é incorreto afirmar que

Um equipamento industrial está disposto em uma área aberta da indústria. Considerando que a parede (k = 0,2 W/m K) desse equipamento possui 95 mm de espessura e que sua superfície interna seja mantida a uma temperatura de 25°C, em um dia de vento calmo, o coeficiente de transferência de calor por convecção na superfície externa da parede desse equipamento é de 15 W/m² K, mas, com dia de vento com velocidade de 20 km/h, este coeficiente chega a 85 W/m² K. Em ambos os casos a temperatura do ambiente é de – 12°C. Sendo assim, calcule a razão entre a perda de calor por unidade de área da parede do equipamento em um dia de vento calmo e um dia de vento.

No escoamento sobre uma superfície, os perfis de velocidade (u) e de temperatura (T) possuem as seguintes formas: u ( y) = Ay + By² + C y³ - Dy⁴ e T ( y) = E + Fy + Gy² - Hy³ .

Sabendo se que os coeficientes de A até H são constantes, determine as expressões do coeficiente de atrito C_f e do coeficiente de convecção h em termos de u _∞, de T_∞, dos coeficientes apropriados dos perfis e das propriedades do fluido. Os coeficientes de atrito C_f e o de convecção h, em termos de u_∞ e de T _∞ são, respectivamente,

Sobre uma chapa plana de comprimento L = 2 m escoa, em paralelo, ar atmosférico. O escoamento é perturbado por um conjunto de aletas estacionárias colocadas acima da chapa. Em laboratório, medições do coeficiente local de convecção na superfície da chapa foram feitas com valores determinados de V e de T_sup > T_∞, que foram correlacionados por uma expressão da forma hx = 0,23 + 9,6x – 4,2x ² , onde h_x é expresso em W/m2 .K e x, em metros. O coeficiente médio de convecção h_L(médio) sobre a chapa e a razão h_L(médio)/hL na borda traseira da chapa são, respectivamente, iguais a

Um ventilador, que pode fornecer ar a velocidade de até 102 m/s, é usado em um túnel de vento de baixa velocidade com ar atmosférico a 25°C. Um pesquisador deseja usar o túnel de vento para estudar o comportamento da camada limite sobre uma placa com número de Reynolds de até Rex = 7,2 x 10⁸ . Qual o comprimento mínimo (L_min) que a placa deve possuir? A que distância (x_c) da aresta frontal da placa, a transição do regime laminar para o regime turbulento irá ocorrer se o número de Reynolds crítico for de Re_x,c = 5 x 10⁵ ?

(Considere: v = 15,71 x 10^-6 m²/s²; T_s = T∞)

Os valores de L_min e x_c são, respectivamente,

Um evaporador de triplo efeito (3 etapas) e alimentação em paralelo é usado para evaporar uma solução salina de 15% para 50% de sólidos. Sabe se que:

• a Elevação no Ponto de Ebulição (EPE) das soluções, independente da pressão, pode ser estimada pela expressão EPE°C = 0,5x + 9,22x ² , onde x é a fração em peso do sal na solução;

• utiliza o vapor de água saturado a 225 kPa (124°C);

• a pressão do vapor que sai do terceiro efeito é de 10kPa (45,81°C);

• a taxa de alimentação é 20.000 kg/h a 25°C;

• a capacidade calorífica da solução líquida é dada pela equação c_pkJ/kg.K = 4,19 – 2,35x.

Considerando desprezível o calor de dissolução, a estimativa dos coeficientes de transferência de calor forneceu os seguintes valores: U₁ = 3123 W/m² K, U₂ = 1987 W/m2 K e U3 = 1136 W/m² K. Admite se que as evaporações são iguais nos três efeitos. Se cada efeito possui a mesma área de superfície, os valores corretos da EPE no efeito 2, a temperatura do vapor que sai do efeito 2 e a capacidade calorífica da solução líquida que sai do efeito 1 são, respectivamente,

Acerca das bombas, equipamentos mecânicos que fornecem energia mecânica a um fluido incompressível, é correto afirmar que :

Deseja se utilizar uma bomba centrífuga para bombear 10.000 kg/h de aguardente a 74°C e 1,1 atm de pressão absoluta do reboiler de uma torre de destilação, para uma segunda unidade de destilação sem resfriamento da aguardente antes de entrar na bomba. Sabe se que a perda friccional na linha entre o reboiler e a bomba é de 86 kN/m² e a densidade da aguardente é de 901 kg/m³ . (Considere: Pv = 26,2 kN/m² .) A distância, em metros, que a bomba deve ficar do nível do líquido no reboiler para manter uma NPSH de 2,5 m é de :

Em um dado dia de verão, a temperatura do ar é de 27°C e sua umidade relativa é de 37%. A água evapora da superfície de um lago a uma taxa de 0,14 quilograma por hora por metro quadrado de área superficial (kg/h.m² ). A temperatura da água também é de 27°C. Determine o valor do coeficiente de transferência de massa por convecção. (Considere: P_sat(300K) = 0,03531 bar; R = 8,314 x 10^–2 m³ .bar/kmol.K; M = 18 kg/kmol; equilíbrio vapor líquido na superfície da água; condições isotérmicas; vapor d’água se comporta como gás perfeito; ar em condições padrão de pressão atmosférica.) Assinale a alternativa que apresenta o valor do coeficiente de transferência de massa por convecção.