Questões de Concurso sobre Fenômenos de Transporte: Mecânica dos Fluidos, Transferência de Calor e Transferência de Massa

O NPSH disponível (NPSH_d) é uma característica calculada pelo engenheiro durante o dimensionamento do sistema de bombeamento. O NPSH requerido (NPSHr) é fornecido pelo fabricante. Para que a bomba funcione sem cavitação, é necessário que o NPSH_d seja menor ou igual ao NPSH_r.

O equacionamento do balanço de energia necessário para solucionar um problema de transferência de calor por uma aleta parte da premissa da continuidade de fluxo em suas paredes.

__Vapor de água inicialmente a 327 ºC e 4 MPa (entalpia = 3033 kJ kg^–1) se expande até 197 ºC ao passar por uma turbina adiabática, saindo do processo como vapor saturado seco (título = 1, entalpia = 2790 kJ kg–1) para gerar 1,2 MW conforme a representação abaixo.

__Assinale a alternativa que indica qual deve ser a vazão mássica de vapor (em kg s^–1) para atender a essa demanda.

Numere a segunda coluna de acordo com a primeira, associando os princípios de funcionamento às respectivas técnicas de análise instrumental.

(1) Diferença no fluxo de calor entre uma substância e uma referência é medida em função da temperatura da amostra, enquanto ambas estão submetidas a um programa de temperatura controlada.

(2) Diferença na temperatura entre uma substância e um material de referência é medida em função da temperatura, enquanto ambos estão submetidos a um gradiente de temperatura controlada.

(3) Medida da absorção de radiação eletromagnética na região de radiofrequência de cerca de 4 a 900MHz.

(4) Medida das variações de energia causadas por transições de moléculas de um estado vibracional ou rotacional de energia para outro.

( ) Espectrometria no Infravermelho

( ) Espectrometria de Ressonância Magnética Nuclear

( ) Calorimetria Exploratória Diferencial

( ) Análise Térmica Diferencial

A sequência correta de preenchimento dos parênteses da segunda coluna, de cima para baixo, é

A viscosidade de um fluido é basicamente uma medida do quanto ele gruda, independentemente da temperatura.

Quando a fração molar de A na fase líquida for igual a 0,4 e a mistura binária estiver submetida a uma temperatura de 90 ºC, a fração molar de A na fase vapor será igual a 0,6, a fim de que a igualdade seja 1 na soma das frações molares.

Permutadores de calor em paralelo são aqueles nos quais o fluxo dos fluidos segue a mesma direção, ao passo que no contracorrente os fluxos são inversos. Nesse segundo sistema, o equilíbrio térmico é atingido no interior do equipamento, o que compromete a eficiência da troca térmica.

__Com relação aos mecanismos de transferência de calor e massa, avalie as afirmações a seguir:

I) A condução se refere à transferência de energia das partículas menos energéticas para as mais energéticas de uma substância devido às interações entre partículas.

II) A radiação térmica é a energia emitida pela matéria que se encontra a uma temperatura não-nula. Essa forma de energia é transportada por ondas eletromagnéticas e ao contrário da condução e convecção, não necessita de meio material para sua propagação. Apesar de não necessitar de um meio material, a transferência por radiação ocorre de forma mais eficiente na presença de meio material.

III) Da mesma maneira que a transferência de calor por condução e a transferência de massa por difusão apresentam mecanismos similares, suas equações de taxas correspondentes também possuem forma análoga (Lei de Fourier e Lei de Fick, respectivamente). O fluxo térmico é proporcional a um gradiente de temperatura enquanto que o fluxo mássico é proporcional a um gradiente de concentração.

__Com base nestas afirmações, assinale a alternativa CORRETA.

Considere a variação da vazão de um líquido e o correspondente comportamento hidrodinâmico de um reator de leito fixo, de leito fluidizado e com transporte hidráulico. Inicialmente, o leito encontra-se estático quando reator não está em operação (vazão ascensional nula). Com o início da alimentação com líquido, com baixa vazão, ocorre a acomodação inicial das partículas, porém sem que ocorra a sua suspensão. O aumento da vazão provoca a elevação progressiva da altura do leito, relativamente a sua altura inicial. Entretanto, se a vazão for aumentada significativamente, pode ser alcançada a situação em que passa a ocorrer o arraste das partículas do reator.

Mais especificamente, em relação ao comportamento da perda de carga quando um líquido percola um reator de leito fixo e de leito fluidizado, pode-se afirmar que estando o reator na condição de leito

Um fluido que tem viscosidade igual a 0,001 Pa.s e densidade igual a 1,0 g/cm³ escoa em uma tubulação de 10 cm de diâmetro, a uma velocidade de 0,6 m/min.

Para tal situação, o número de Reynolds e o regime de escoamento são, respectivamente,

O gás natural é uma mistura de hidrocarbonetos leves que, à temperatura ambiente e pressão atmosférica, permanece no estado gasoso. Trata-se de um gás inodoro e incolor, não tóxico e mais leve que o ar. O gás natural é uma fonte de energia limpa que pode ser usada nas indústrias, substituindo outros combustíveis mais poluentes como óleos combustíveis, lenha e carvão.

(Site: MMA - adaptado.)

A composição volumétrica típica de gás natural processado, nas condições normais de temperatura e pressão, está listada na tabela baixo.

Considerando-se que o ar disponível seja composto por 80% de nitrogênio e 20% de oxigênio, e assumindo que as espécies envolvidas apresentem comportamento de gás ideal, determinar o volume aproximado de ar, em litros, nas condições normais de temperatura e pressão, necessário para a combustão completa de 1m³ desse gás natural:

Admitindo-se a seguinte equação empírica para o cálculo da perda de pressão P, em lb_f/ft², por meio de um tipo particular de coluna de empacotamento, em que N é a profundidade de empacotamento, em ft; μ é a viscosidade dinâmica do fluido, em lb_m/ft.s; υ é a densidade do fluido, em lb_m/ft³ ; D é o diâmetro do empacotamento, em ft; e υ é a velocidade média, em ft/s.

As unidades de 5,3 são:

$P=5,3$ $\frac{{\mu }^{0,15}.N.{\rho }^{0,85}.{\upsilon }^{1,85}}{D^{1,15}}$

Uma massa de 6 kg é posicionada sobre um êmbolo contido por um pistão, cuja área é 1 cm². O atrito entre o êmbolo e o pistão é desprezível. A pressão atmosférica local é de 100 kPa. Assumindo a aceleração da gravidade de 10 m · s^-2, as pressões manométrica e absoluta desenvolvidas internamente no pistão são, respectivamente:

Considere uma parede de tijolos com 3 m de altura, 8 m de largura e 20 cm de espessura, cuja condutividade térmica é k = 0,4 W/m.°C. Os valores medidos da temperatura da superfície interna foi de 32 °C e da superfície externa 20 °C. A taxa de transferência de calor por unidade de área foi:

No queimador industrial de uma determinada empresa, ocorre a seguinte reação química, não balanceada:

C₃H₈ + O₂ → CO₂ + H₂O

Considerando a combustão completa do hidrocarboneto C₃H₈, com uma corrente contendo 440 kg/h de C₃H₈. Além disso, essa corrente é colocada em contato com uma corrente de ar. Admite-se que a percentagem mássica de gás oxigênio no ar é 20%, e que os demais componentes do ar não participam da reação de combustão. Dados: MM_C3H8 = 44 g/mol; MM_O2 = 32 g/mol. Assinale a alternativa correta.

A figura abaixo apresenta um processo contínuo em estado estacionário com duas unidades de processamento, no qual existem três correntes (a, b e c) cujas vazões são: ṁa, ṁb e ṁc. Porém, a composição de cada uma das correntes é desconhecida.

A vazão mássica da corrente b e a quantidade de A nessa corrente são, respectivamente:

Quando 2,7 kg de solução salina são adicionados a uma garrafa cilíndrica de 200 mm de diâmetro, o nível do líquido sobe 75 mm. A densidade e a gravidade específica da solução é de, respectivamente:

A água (ρ = 1000 kg/m³) escoa de modo permanente através do dispositivo abaixo. As áreas são: A₁ = 0,2 m², A₂ = 0,5 m² e A₃ = A₄ = 0,4 m². A vazão em massa através da área 3 é dada como 0,4 kg/s. A vazão em volume entrando pela área 4 é de 0,1 m³/s, e a velocidade da água na área 1 é de $\overrightarrow{V}=1,0$ $\hat{i}$ m/s. O escoamento é permanente e incompressível e as propriedades do fluido são uniformes em cada seção em que este cruza as fronteiras do Volume de Controle. Sabe-se que o princípio de conservação de massa para um dado Volume de Controle é representado por:

$0=\frac{\partial }{\partial t}{\int }_{VC}^{}\rho d\forall +{\int }_{SC}^{}\rho \overrightarrow{V}.d\overrightarrow{A}$

Sabendo que Ɐ é o volume do fluido no Volume de Controle e t é tempo, a vazão mássica que passa pela área 2 é de:

Qual o valor do fluxo condutivo de calor que atravessa um isolante térmico de espessura 0,8 cm e condutividade térmica 0,3 W/(m. °C), considerando a temperatura interna de 200 °C e externa de 40 °C?

Com 964 quilômetros de extensão, o Osbra (Oleoduto São Paulo-Brasília) é o maior poliduto existente no País e, em 2021, completa 25 anos de atividades. Operado pela Transpetro, esse grande ducto passa pelos estados de São Paulo, Minas Gerais e Goiás e pelo Distrito Federal, suprindo a demanda de diesel, gasolina, GLP e QAV (querosene de aviação) no eixo São Paulo-Brasília. Com um diâmetro de 20 polegadas, o duto opera com uma vazão de 1,2 milhões de litros por hora. Considerando que a perda de carga de todo o sistema se dá apenas pelos trechos retos, o valor que representa a perda de carga do poliduto Osbra é:

(Considere o valor do Pi = 3,14, a aceleração da gravidade = 10 m.s^-1, o Reynolds igual a 6,65.10⁵, o fator de atrito = 0,02 e o fator de conversão de 1m = 40 in)