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

A análise dimensional é uma ferramenta poderosa para o planejamento dos experimentos, dado que reduz a complexidade, permite sistematizar resultados, visando a uma adequada representação do fenômeno físico desejado. Marque os principais números adimensionais utilizados na mecânica dos fluidos.

Sobre o escoamento de fluidos em tubulações, analisar os itens abaixo:

I. O fator de atrito é nulo quando o escoamento do fluido se dá em superfícies lisas, pois, nesse caso, a rugosidade relativa é nula.

II. Para situações de escoamento de fluidos com altos números de Reynolds (região altamente turbulenta), o fator de atrito é dependente apenas da rugosidade relativa.

III. Em situações de escoamento de fluidos em regime laminar, o fator de atrito é dependente do número de Reynolds e da rugosidade da tubulação.

Está(ão) CORRETO(S):

O engenheiro químico de uma determinada prefeitura precisa elaborar um parecer técnico e, portanto, necessita calcular a vazão volumétrica de um determinado fluido em escoamento em uma tubulação de um ponto A até um ponto B, sendo Q = 5 m³ ∙s^-1. Sobre esse tema, analise as seguintes afirmações com base nos seguintes dados: ρ_água = 1000 kg∙m³ , ρ_etanol = 789 kg∙m³ .

1. A vazão mássica da água a 20°C nesse escoamento é igual a 5,0∙10² kg∙s^-1 .

2. A vazão mássica do etanol a 20°C nesse escoamento é igual a 3,9∙10³ kg∙s^-1 .

3. A água a 20°C possui massa específica maior que a do etanol a 20°C, logo a vazão será menor que a do etanol, pois são grandezas inversamente proporcionais.

4. A vazão volumétrica da água a 20°C nessa tubulação é maior que a vazão volumétrica do etanol a 20°C na mesma tubulação se considerarmos área igual a 1 m² .

5. A vazão do etanol a 20°C será menor que a vazão da água na mesma temperatura, pois a massa específica da água é maior que a do etanol.

O resultado da somatória dos números correspondentes às afirmações corretas é:

Como parte de um sistema de lubrificação para máquinas pesadas, um óleo é bombeado a uma vazão volumétrica Q_V através de um tubo cilíndrico de diâmetro D. Se o diâmetro deste tubo for reduzido à metade, assinale a expressão matemática que permite calcular corretamente o novo valor numérico da velocidade do óleo v_d.

(Considerações: 1. Óleo incompressível; 2. Escoamento estacionário sem viscosidade; 3. Número pi representado pela letra π do alfabeto grego.)

Dois amigos encontraram um mineral durante uma expedição em uma caverna. O primeiro ficou muito feliz achando se tratar de ouro, enquanto o segundo alertou que era ouro de tolo, nome popular da pirita (FeS₂). Na dúvida, eles resolveram imergir o sólido em água e observar o volume de água deslocado a fim de reconhecer o mineral. A densidade do ouro e da pirita são, respectivamente, ≈19,7 g/cm³ e 5,0 g/cm³. Assinale a alternativa que apresenta a estimativa da diferença do volume deslocado, por mol, durante a imersão do mineral na água entre os casos que fosse pirita e que caso fosse ouro:

Massa molar: Au=197g/mol; Fe= 56g/mol; S=32 g/mol.

A parede de um forno industrial para tratamento térmico é composta de duas placas planas (I e II) de espessuras L_I = 5 cm e L_II = 5 mm, respectivamente, conforme apresentado na figura a seguir. A parede I tem função de isolamento térmico e possui uma condutividade térmica (k_I) no valor de 0,1 W.m^-1.K^-1; já a parede II tem função estrutural e possui uma condutividade térmica (k_II) no valor de 1 W.m^-1.K^-1. O forno opera em regime permanente e a temperatura da superfície interna da parede I (T_int), em contato com o ar quente, é de 270 °C.

Dados:

Obs.: Desprezar os efeitos de radiação.

Se o ar externo, cujo coeficiente convectivo médio (h_c) é de 20 W.m^-2.K^-1, estiver a uma temperatura constante (T_∞) igual a 20 °C, o valor da temperatura na interface entre as placas I e II será de

Um tanque rígido contém ar a 550kPa e 150°C. Como resultado da transferência de calor para a vizinhança, a temperatura e a pressão caem 75°C e 450kPa, respectivamente. Nessas condições, qual o trabalho de fronteira realizado durante esse processo?

Considerando-se uma fornalha cuja parede é plana e através da qual ocorre a transferência de calor por condução, assume-se que essa parede tenha espessura L, área da seção transversal A e que seja constituída de um material de condutividade térmica k. Na superfície do lado interno dessa parede, a temperatura é T₁ e, externamente à parede, a temperatura é T₂, criando, dessa forma, um gradiente de temperatura ∆T. Nas condições especificadas, caso o engenheiro responsável necessite reduzir as perdas térmicas através da parede por razões econômicas, são possíveis ações a serem tomadas pelo engenheiro:

I. Trocar o material que constituiu a parede por outro com maior condutividade térmica.

II. Reduzir a área superficial do forno.

III. Reduzir a temperatura externa da fornalha.

IV. Aumentar a espessura da parede.

Estão CORRETOS:

A salinidade das águas naturais vincula-se à presença de sais minerais dissolvidos formados por ânions como cloreto, sulfato e bicarbonato e cátions como cálcio, magnésio, potássio e sódio. A salinidade dos corpos d’água resulta sobretudo de alguns fatores, como os seguintes, EXCETO:

A parede de uma caldeira é composta de três camadas: 10 cm de tijolo refratário (k = 1,560 W/m·K), seguida de 23 cm de tijolo isolante de caulim (k = 0,073 W/m·K) e finalmente 5 cm de tijolo de alvenaria (k = 1,0 W/m·K). A temperatura da superfície interna da parede é 1.370 K e da superfície externa é 360 K. Quais são as temperaturas nas superfícies de contato (em K)?

Amônia, empregada como fluido refrigerante em um processo, inicialmente a 0°C e 100 kPa (H= 1472,6 kJ/kg) passa por um condensador resfriado com uma corrente de água e o deixa a -20°C e 75 kPa (H= 1431,7 kJ/kg). A água utilizada apresenta como condições iniciais 25°C e 3,2 kPa (H= 104,87 kJ/kg) e 40°C e 7,4 kPa (H= 167,54 kJ/kg) como condições finais. Determine a vazão de água (em kg/s) necessária para se resfriar amônia à vazão de 5 kg/s.

As válvulas são equipamentos de extrema importância dentro de um processo industrial e podem ser manuais, autorreguladoras ou de controle. As válvulas de controle têm como principal e mais comum aplicação a de controle automático e contínuo do processo. Em relação às válvulas de controle, analise as assertivas abaixo:

I. Variam a área de passagem do fluido manipulado, trabalhando em qualquer posição de fechamento parcial.

II. Absorvem as quedas bruscas de pressão na linha, compensando as variações de vazão somente a montante.

III. São projetadas empiricamente pelo corpo técnico das indústrias fornecedoras.

Quais estão corretas?

Um engenheiro químico é responsável por avaliar as emissões de diferentes indústrias, incluindo emissões gasosas. Para isso, é necessário que o profissional compreenda os princípios da cinética química e da termodinâmica aplicada. Qual é a lei que descreve a velocidade de uma reação química?

Ventiladores e bombas são utilizados no processo de convecção forçada de fluidos em tubulações.

Uma grande densidade de tubos aletados, ou placas, compõe trocadores de calor compactos, os quais são projetados para obter menores superfícies de transferência de calor.

Em um trecho horizontal de uma tubulação, o fator de fricção, f, é medido, e o valor de 64/Re é obtido.

Esse valor para o coeficiente de fricção só é possível na seguinte circunstância:

Dois poços de petróleo (A e B) produzem juntos 180 m³/dia (óleo + água). No poço A as vazões de óleo e água são, respectivamente, 75 e 35 m³/dia.

Sabendo-se que no poço B a razão mássica óleo/água é igual a 4, então, a vazão mássica de óleo do poço B, em t/dia, é, aproximadamente,

Dado

ρ_óleo = 800_{$\frac{kg}{m^3}$}

${\rho }_{H_{2}O}$ = 1.000 $\frac{kg}{m^3}$

Considerando que os processos transferência de calor por condução e transferência de massa por difusão podem ser quantificados mediante o uso de leis, assinale a afirmativa INCORRETA.

Um trocador de calor bitubular é projetado com os seus tubos concêntricos de comprimento 40 m para resfriar um óleo lubrificante e operar em contracorrente com um coeficiente global de transferência de calor igual a 60 W/(m² . K). O tubo interno, por onde passa a água, tem parede fina e diâmetro de 25 mm; o tubo externo, que transporta óleo, tem 45 mm de diâmetro. O óleo quente entra na região anular do trocador com temperatura de 100° C e sai a 60° C, aquecendo a água de 30° C a 50° C. Com base nas informações dadas, assinale a taxa de transferência de calor total q, em watts, deste trocador de calor.

(Considerações: 1. perda de calor para a vizinhança desprezível; 2. resistência térmica da parede do tubo desprezível; 3. propriedades constantes; 4. negligenciar mudanças de energias cinética e potencial.)

Um engenheiro químico avaliou uma determinada planta e, após calcular, verificou que a vazão na abertura 3 corresponde a _________ m³/s e o fluido está _________ nessa abertura. Considere o escoamento incompressível e permanente.

Assinale a alternativa que preenche, correta e respectivamente, as lacunas do trecho acima.