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

A cavitação é um fenômeno que pode ocorrer nas bombas toda vez que a pressão estática local for inferior à pressão de vapor do líquido. Esse processo, além de levar à redução do desempenho das bombas, pode também causar danos ou desgastes devido à implosão das bolhas de vapor formadas. Assim ,é evidente que o fenômeno de cavitação deve ser evitado na operação de bombas. Relativas à cavitação em bombas, observe as afirmações a seguir.

I - Quanto maior a altura manométrica de sucção, maior é o valor do NPSH requerido.

II - O NPSH disponível aumenta quando a vazão aumenta.

III - Visando a evitar a cavitação, deve-se manter o valor de NPSH disponível maior que o valor de NPSH requerido.

Está correto o que se afirma em

Na maioria dos fenômenos estudados em mecânica dos fluidos, as seguintes variáveis podem ser importantes: pressão (P); comprimento (L); viscosidade ($\mu$), tensão superficial ($\sigma$); velocidade do som (c); aceleração da gravidade (g); densidade ($\rho$) e velocidade (V). Os números adimensionais a seguir, que são conhecidos pelo nome de estudiosos importantes, podem ser formados com essas variáveis: $\rho$VD/$\mu$; V²/Lg; V/c; $\rho$V² L/σ; P/$\rho$V².

Com relação a esses números adimensionais, tem-se que

Uma placa metálica com área de 2 m² apresenta em sua superfície a temperatura de 180°C, e a temperatura do ar sobre a superfície é de 30°C.

Se o fluxo de calor entre a superfície da placa e o ar é apenas convectivo, e o coeficiente de transferência de calor por convecção é 25 W m^-2 °C^-1, o fluxo de calor estabelecido, em W, é igual a

O fator de atrito para este escoamento é

Um difusor de ar é parte dos componentes de um compressor centrífugo, e suas aletas têm a função de dirigir o fluxo de ar. Em um experimento no qual a temperatura do ar ambiente é de 250 K, a pressão atmosférica é igual a 60 kPa, e a temperatura de estagnação é de 500 K, considerando difusor e o coletor do compressor ambos isentrópicos, o valor aproximado da pressão de estagnação na entrada do coletor do compressor, em kPa, é

Um conjunto cilindro-pistão tem um volume de 0,5 m³ e está suportando uma massa de 10 kg. Transfere-se calor para esse cilindro até que seu volume chegue a 0,7 m³. Sabe-se que o trabalho realizado pelo sistema é de 500 Nm.

Nessas condições, qual a área, em m², do pistão?

Na estrutura representada na Figura abaixo, a área do pistão é 0,1 m², e as alturas são: h₁ = 0,05 m, h₂ = 0,12 m e h₃ = 0,02 m. A pressão atmosférica, P_atm, é igual a 100.000 Pa, e as massas específicas da água e do mercúrio são, respectivamente, 1000 kg/m³ e 13.600 kg/m³.

Nessas condições, qual a força necessária a ser imposta ao pistão de modo a equilibrar a pressão atmosférica atuante na abertura do tubo em “U”?

Considere que foi desenvolvido um modelo empírico, relacionando-se dados experimentais de vazão volumétrica, q, de um líquido através de uma válvula e a diferença entre as pressões a montante, P₁ , e a jusante da mesma, P₂ , tal que:

$q=C_v\sqrt{P_1-P_2}$

em que a constante C_v foi estimada por regressão não linear.

Considerando-se as três dimensões fundamentais MLt, a dimensão de C_v para consistência dimensional é

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

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) ⇔ $\frac{3}{2}$ H_2(g) + $\frac{1}{2}$ N_2(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

Um engenheiro pretende utilizar uma bomba cuja curva característica segue a parábola H = H0 - aQ², onde H0 = 100 me a = 10⁵ s²/m⁵. Esse engenheiro pretende transportar um fluido entre dois tanques separados por uma altura de 10 m.

Desconsiderando os efeitos das perdas de carga maiores e menores na tubulação que conecta os tanques, e sabendo que a tubulação tem diâmetro constante, a vazão volumétrica, em m³/s, e a altura de carga no ponto operação para realizar o transporte do fluido entre os dois tanques, em m, são, respectivamente,

Uma tubulação cilíndrica deve ser projetada para o transporte de água sob temperatura elevada. Os dados de projeto dessa tubulação são:

Raio interno: r_i [m]

Raio externo: r_e [m]

Comprimento: L [m]

Temperatura na superfície interna: T_i [ºC]

Temperatura na superfície externa: T_e [ºC]

Condutividade térmica do material formador da tubulação:

K [W m^-1 ºC^-1]

A resistência térmica associada a essa tubulação corresponde a

Medidores de vazão volumétrica internos são escolhidos baseando-se nas incertezas exigidas, custo, tempo de serviço e faixa de medidas. Um dos medidores de vazão bastante utilizados são os do tipo venturi que, apesar de caros, são interessantes devido à sua baixa perda de carga. Esses equipamentos de medição se baseiam em aceleração de fluidos através de um difusor cuja perda de carga é usada para medir indiretamente a vazão no escoamento. Um engenheiro dispõe de um venturi de diâmetro 0,125 para medir a vazão volumétrica numa tubulação de 0,25 m de diâmetro. Após a instalação do equipamento, o engenheiro mediu, no venturi, para o escoamento a queda de pressão em um medidor de pressão diferencial em 100 mm de água.

A vazão volumétrica, em m³ /s nessa tubulação, é de, aproximadamente,

Dado

Massa específica da água: 1000 kg/m³

Aceleração da gravidade: 10 m/s²

Massa específica do fluido de trabalho: 790 kg/m³

Coeficiente de vazão: 0,8

Um engenheiro recebe duas bombas com curva característica que segue a equação H = H0 - AQ² , onde H0 tem 15 metros e A tem 10⁵s² /m⁵ . O supervisor desse engenheiro decide, usando as duas bombas em série, transportar um fluido entre dois tanques abertos com diferença de nível do primeiro para o segundo tanque de 10 metros. A tubulação que leva o fluido tem diâmetro de 0,1m e comprimento de 10m.

Desconsiderando-se os efeitos de perda de carga menores e maiores, a vazão de operação da bomba, em m³ /s, é de

Um fluxo forçado de um fluido frio (T - $\Delta$T) atinge uma parede quente à temperatura T. O coeficiente convectivo é h, em W/(Km²), e o número de Nusselt, a razão entre o transporte de calor convectivo e o transporte de calor difusivo, é 0,20.

Nessas condições, a razão h/k, em 1/m, entre o coeficiente convectivo h e a condutividade térmica k, em W/(K.m), para uma parede de tamanho típico de 10 cm, é

O gráfico a seguir apresenta curvas de desempenho do sistema e do fabricante para uma bomba utilizada para a elevação de água de um reservatório para um tanque.

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).

Em uma determinada cidade com uma população de aproximadamente 250.000 habitantes existe uma estação de tratamento de efluentes domésticos com uma capacidade nominal de tratamento de 25 L/s (litros por segundo), mas que atualmente trata apenas 15 L/s (litros por segundo), devido à baixa demanda. O processo é constituído por um tratamento preliminar e em seguida por um tratamento secundário. Neste, um reator UASB é utilizado para remover uma grande parte da matéria orgânica. Após uma análise diária a montante e a jusante do reator, um operador verificou que a DBO a montante era de 1500 mg/L (miligramas por litro) e a jusante era de 525 mg/L (miligramas por litro). Com base nesses dados apresentados, pode-se dizer que a eficiência de remoção de DBO do reator UASB é de [...].

Assinale a alternativa correta: