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Questões de Concurso sobre Fenômenos de Transporte: Mecânica dos Fluidos, Transferência de Calor e Transferência de Massa
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O diagrama de Moody é um ábaco logarítmico da mecânica dos fluidos que correlaciona graficamente o fator de atrito de Darcy-Weisbach, f, com dois parâmetros adimensionais cruciais: o número de Reynolds (Re) e a rugosidade relativa da tubulação (e/D). Considerando as diferentes zonas de escoamento mapeadas e o comportamento das variáveis hidrodinâmicas no diagrama de Moody, assinale a opção em que é apresentado o comportamento físico-matemático que caracteriza um fluido na região de turbulência plena (ou rugosidade completa).
A
ocorre uma inclinação negativa acentuada da curva de atrito em relação ao logaritmo de Re.
B
o fluido se comporta como se estivesse em regime laminar
C
f torna-se nulo devido à alta velocidade do fluido
D
f torna-se independente de Re e depende apenas de e/D
E
f depende apenas de Re
Em sistemas pneumáticos, o uso de ar seco e filtrado é secundário, pois os transmissores modernos são projetados para operar mesmo em condições de umidade e contaminação elevadas.
C
Certo
E
Errado
Assinale a opção correta no que diz respeito ao transporte de calor.
A
Nos trocadores de calor de duplo tubo, a operação em concorrente permite que a temperatura de saída do fluído quente seja inferior à temperatura de saída do fluído frio.
B
O mecanismo de transporte de calor que controla a operação e o dimensionamento dos trocadores de calor é a condução.
C
O sinal negativo que aparece na lei fundamental do transporte de calor por condução se deve ao fluxo positivo na direção da queda de temperatura.
D
Os mecanismos de transmissão de calor são a condução e a convecção.
E
A lei de Newton é a lei básica que define o transporte de calor por condução.
O gasoduto Coari-Manaus fornece gás natural para a geração de energia termoelétrica no estado do Amazonas. O principal componente desse gás é o metano (CH4). Para fins de cálculo de eficiência térmica, um engenheiro químico precisa determinar o calor liberado na combustão completa de 32 kg de CH4 em um reator que opera a 25 °C e 1 atm. A reação química é CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l). De acordo com a literatura, o calor-padrão de combustão (ΔHcombustão) do metano a 25 °C é –890,36 kJ/mol.
Nessa situação hipotética, de acordo as leis da estequiometria e os balanços de energia para sistemas abertos em estado estacionário e consideradas as massas molares: C = 12 g/mol e H = 1 g/mol, a quantidade total de energia liberada na forma de calor durante a combustão completa da massa de metano informada é de
A
28.491 kJ.
B
55.647 kJ.
C
890.360 kJ.
D
1.780.720 kJ.
E
2.671.080 kJ.
Assinale a opção em que são citados exemplos de causas de perda de carga localizada em sistemas hidráulicos industriais.
A
válvulas, cotovelos, reduções e tês
B
rugosidade absoluta do material e temperatura do fluido
C
comprimento total da rede e inclinação do terreno
D
massa específica e viscosidade dinâmica do fluido
E
revestimento externo e isolamento térmico da linha
Considere dois trocadores de calor do tipo tubo-duplo, com coeficientes globais de transferência de calor idênticos, um operando em paralelo e o outro operando em contracorrente, com os fluidos quente e frio entrando com temperaturas iguais, nos dois casos. Para que a taxa de transferência de calor nos dois trocadores seja a mesma, é necessário que a área superficial disponível para a transferência de calor do trocador operando em paralelo seja:
A
igual a do trocador operando em contracorrente
B
menor que a do trocador operando em contracorrente
C
maior que a do trocador operando em contracorrente
D
o dobro da do trocador operando em contracorrente
As bombas alternativas
A
carecem de partes móveis.
B
são máquinas com grande capacidade.
C
fornecem as cargas mais elevadas do conjunto de bombas.
D
fornecem uma vazão uniforme com o tempo.
E
operam com sólidos abrasivos.
O regime de escoamento de fluidos, no interior de tubulações, pode ser classificado como laminar ou turbulento. Tal classificação está intimamente relacionada com a velocidade de escoamento, sendo comumente expressa em função do número de Reynolds. Um fluido escoando em regime laminar apresenta número de Reynolds:
A
alto, pois as forças viscosas superam as forças de inércia
B
alto, pois as forças de inércia superam as forças viscosas
C
baixo, pois as forças viscosas superam as forças de inércia
D
baixo, pois as forças de inércia superam as forças viscosas
Assinale a opção correta acerca dos medidores de vazão.
A
A área de escoamento do fluido em um rotâmetro é variável.
B
No rotâmetro, a queda de pressão que experimenta um fluido é variável.
C
No medidor Venturi, o ângulo do cone convergente é menor que o ângulo do cone divergente.
D
O medidor Venturi possui um arraste elevado.
E
O medidor Venturi permite a determinação da velocidade local de um fluido dentro de uma tubulação.
Assinale a opção correta em relação a processos de equilíbrio líquido-vapor, diagramas de equilíbrio e separação flash.
A
A temperatura à qual aparece a primeira gota de líquido em uma mistura em fase vapor submetida a processo de resfriamento é o ponto de orvalho.
B
Um separador flash é formado por um compressor e um separador líquido-vapor.
C
O ponto de bolha é definido como a temperatura a que o líquido e o vapor em uma mistura coexistem em equilíbrio na proporção de 50% para cada fase.
D
Uma mistura azeotrópica pode ser considerada ideal.
E
Misturas azeotrópicas apresentam volatilidade relativa constante.
No que concerne à difusão mássica e ao coeficiente de difusão, assinale a opção correta.
A
Quanto maior é a massa molar de um gás (A), maior é o coeficiente de difusão do gás — DAA.
B
Em um processo de difusão unidimensional, em que há um gradiente linear de concentração, o fluxo mássico depende da posição para um coeficiente de difusão constante.
C
O coeficiente de difusão binário em gases depende diretamente da temperatura (DAB α T).
D
No sistema ar/amônia, a pressão atmosférica é 0,198 cm2/s, enquanto, no sistema ar/vapor de água, a pressão é 0,26 cm2/s, o que indica que a amônia se dispersa mais rapidamente no ar que o vapor de água.
E
Na difusão mássica, o fluxo de matéria ocorre no sentido crescente de concentração.
No escoamento de fluidos em tubos, a perda de carga distribuída, hd, pode ser calculada pela equação de Darcy-Weisbach: 
na qual f é o fator de atrito de Darcy, L e D são o comprimento e o diâmetro do tubo, respectivamente, <v> é a velocidade de escoamento do fluido e g, a aceleração da gravidade. A perda de carga distribuída, quando um fluido percorre 100 m, em um tubo com f = 0,02 e D = 6 cm, com uma vazão de 30 L/s, é:
A
0,001 (6100) (30π)2 mca
B
0,001 (6100) (30π)21 mca
C
0,001 (0,06100)(30 ×10−3π)2 mca
D
0,001 (0,06100) (30 ×10−3π)21 mca
Na engenharia industrial, para evitar cavitação em linhas de sucção de uma bomba centrífuga, é necessário garantir que a energia na sucção (NPSH disponível) seja sempre adequada, o que depende intimamente da precisão do levantamento topográfico e hidráulico da instalação. Assim, se o engenheiro projetista de uma dessas linhas cometer um erro e o comprimento equivalente total dessa linha de sucção for subestimado em 20% no projeto, o impacto real no sistema em operação será
A
a inversão do fluxo no interior da carcaça da bomba devido ao ganho inesperado de energia cinética.
B
um aumento proporcional no NPSH disponível da instalação, o que dificulta a operação da bomba.
C
a redução no NPSH disponível real em relação ao projetado, o que aumenta o risco de cavitação e danos ao impelidor da bomba.
D
o aumento na pressão de sucção da bomba no momento da partida, devido à menor resistência percebida pelo fluido.
E
negligenciável, pois o NPSH depende apenas da pressão de vapor do fluido.
No transporte de gases em alta pressão através de gasodutos de área constante, o efeito da compressibilidade (Z) deve ser considerado na equação de estado. Assim, um escoamento isotérmico de um gás real em uma tubulação horizontal de longo comprimento fará com que esse fluido apresente
A
perfil de temperatura crescente devido ao atrito viscoso contra as paredes do duto.
B
queda de pressão linear ao longo de toda a extensão do duto, idêntica à dos fluidos incompressíveis.
C
aumento da velocidade à medida que a pressão cai, para manter a conservação da vazão mássica.
D
densidade constante, independentemente da variação de pressão observada entre a entrada e a saída.
E
redução da energia cinética devido à expansão do gás.
Os fluidos podem ser divididos em gases (muito compressíveis) e líquidos (pouco compressíveis ou incompressíveis). A mecânica dos fluidos é a ciência que estuda o comportamento físico dos fluidos e as leis que regem este comportamento. Sobre o comportamento mecânico dos sólidos e líquidos, analise as assertivas abaixo e assinale V, se verdadeiras, ou F, se falsas.
( ) A Lei de Hooke é dada pela fórmula F = k x deformação.
( ) A deformação é sempre irreversível.
( ) A água é um líquido viscoso e se deforma proporcionalmente à força aplicada.
( ) A deformação é dada pela fórmula: F = η x deslocamento.
A ordem correta de preenchimento dos parênteses, de cima para baixo, é:
A
V – V – V – V.
B
F – V – F – V.
C
V – F – V – F.
D
V – V – F – F.
E
F – F – V – V.
Para ampliar a escala de um biorreator no qual é cultivada uma célula de mamífero, deve-se, usualmente, manter a semelhança geométrica no biorreator da escala maior, selecionar um critério e encontrar as condições que, supostamente, reproduziriam as encontradas na escala menor.
Dentre os critérios de aumento de escala a seguir, o par mais aplicado na indústria para culturas de células de mamífero é:
A
frequência de rotação do impelidor e velocidade superficial de ar de entrada constantes.
B
constância no coeficiente volumétrico de transferência de oxigênio e velocidade na ponta do impelidor.
C
constância do número adimensional de Reynolds e aumento da velocidade superficial de gás de entrada.
D
frequência de rotação do impelidor e vazão específica de alimentação de ar constantes.
E
frequência de rotação do impelidor e número de aeração constantes.
Nas condições apresentadas na questão anterior, o valor do número de Damköhler é igual a
A
3/4.
B
1/5.
C
4/5.
D
2/3.
E
1/2.
Assinale a alternativa correta.
A
A viscosidade de um líquido newtoniano não tem seu valor afetado pela temperatura.
B
No Sistema Internacional de Unidades, a viscosidade cinemática tem como unidade Pa.s.
C
O que diferencia partículas materiais líquidas das gasosas é que apenas estas apresentam energia cinética, enquanto aquelas apresentam somente energia potencial gravitacional.
D
Há equilíbrio de fases quando há igualdade de potencial químico em todo o sistema.
E
A viscosidade de um gás newtoniano diminui com o aumento da temperatura.
Um engenheiro químico recomendou a sua equipe, durante a instalação de uma bomba centrífuga, que, na região da sucção, seja providenciada medida de diâmetro de tubulação maior do que o da região do recalque. Nessas condições, assinale a alternativa que apresenta o principal motivo para tal procedimento.
A
Aumentar a vazão, mantendo o valor de potência consumida pela bomba.
B
Evitar o acúmulo de partículas em suspensão na entrada da bomba.
C
Garantir o menor consumo de energia da bomba.
D
Garantir que a perda de carga na entrada da bomba seja menor do que na saída, garantindo, dessa maneira, a cavitação.
E
Garantir a diminuição da perda de carga na entrada da bomba e, dessa forma, reduzir as chances de cavitação.
Os estudos da fluidodinâmica que envolvem o contato fluido-partículas são fundamentais para o aprendizado de operação e projeto de equipamentos, como adsorção, secagem, reatores catalíticos, leito fluidizado, leito fixo, entre outros.
Sobre à fluidodinâmica em sistemas particulados e granulares, analise as afirmações a seguir, assinalando, nos parênteses, (V), para as verdadeiras, e (F), para as falsas.
( ) A fluidodinâmica que envolve o contato fluido-partículas utiliza-se sempre de referenciais Eulerianos e Lagrangianos.
( ) O modelo Lagrangiano deve ser empregado em processos com grande concentração de sólidos.
( ) O modelo Euleriano pode ser empregado para a fase particulada, desde que ela possa ser considerada como um fluido contínuo.
A sequência correta, de cima para baixo, é:
A
V – V – V
B
V – F – F
C
F – V – F
D
F – F – V
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