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

Considere o escoamento incompressível e permanente para a figura a seguir:

Analise as seguintes assertivas:

1. O fluido está entrando na abertura 3 e a vazão corresponde a 0,02 m³/s.

2. A vazão na abertura 3 corresponde a 0,47 m³/s.

3. A velocidade do fluido na abertura 3 corresponde a 10 m/s.

4. A vazão na entrada 1 corresponde a 1,5 vezes a vazão da abertura 3.

5. A vazão na entrada 1 corresponde a 0,3 m³/s.

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

No gráfico a seguir está representado o perfil de concentração obtido por meio de um experimento de difusão do hidrogênio gasoso (H₂) através de um filme plano de espessura (𝓁) de 1 mm.

Dados:

1º Lei de Fick (unidimensional)

$j_i=-D\frac{d{c}_i}{dx}$

j_i: fluxo difusivo da espécie |

D: coeficiente difusivo

c_i: concentração molar da espécie i

x: distância

A partir dessas informações e da primeira lei de Fick, analise as afirmativas a seguir.

I. A difusão do H₂ através do filme plano atingiu o regime permanente, uma vez que o perfil de concentração é linear.

II. O sentido do fluxo difusivo do hidrogênio ocorre da face esquerda do filme (x = 0 mm) para a sua face direita (x = 1 mm).

III. A inclinação do perfil de concentração corresponde ao coeficiente difusivo do H₂ (DH₂) dividido pela espessura do filme (𝓁).

Estão corretas as afirmativas

A camada-limite em uma placa plana é mostrada na Figura a seguir. A espessura da camada-limite (δ) é arbitrariamente tomada como a distância longe da superfície, onde a velocidade atinge 99% da velocidade da corrente livre. A Figura apresentada ilustra como a espessura da camadalimite aumenta com a distância (x) a partir da borda. Para valores relativamente pequenos de x, o escoamento dentro da camada-limite é laminar e isso é designado como a região da camada-limite laminar. Finalmente, para certo valor de x e acima, a camada-limite será sempre turbulenta. Na região em que a camada-limite é turbulenta, existe, conforme mostrado, um filme muito fino de fluido, chamado subcamada laminar, em que o escoamento é ainda laminar e há grandes gradientes de velocidade.

O critério para o tipo de camada-limite presente é a magnitude do número de Reynolds (Rex), conhecido como o número de Reynolds local, baseado na distância x a partir da borda. Assim, para um Reynolds local superior a 3 × 10⁶ a camada limite poderá ser caracterizada como:

A difusividade térmica (α) é a propriedade de transporte que controla um processo de transferência de calor por condução em regime transiente, relacionando a condutividade térmica (k) e a capacidade calorifica volumétrica (ρc_p).

Assinale a opção que indica o material que seria um isolante térmico, baseado nos valores das propriedades citadas, a 300K.

Determinado fluido consegue através de uma tubulação com uma velocidade média de aproximadamente 7,50 . 10³ $in/h$. Obtenha o valor de escoamento desse fluido em unidades do Sistema Internacional (SI).

Dados: $1m\cong 37,4in$.

A equação de estado de van der Waals foi proposta em 1873 e tem duas constantes: α e β. A equação é dada por:

$(P+\frac{a}{\overline{V^2}})$ $\bar{V}-\beta )RT$

Nela, van der Waals tentou aperfeiçoar a equação de estado ideal. Com base nessas informações, analisar os itens abaixo:

I. Para cada substância, α e β são constantes determinadas no ponto crítico

II. O termo $\frac{a}{\overline{V^2}}$ representa as forças intermoleculares.

III. β representa o volume ocupado pelas moléculas de gás.

Está(ão) CORRETO(S):

Em um processo industrial, a água é aquecida em um trocador de calor por reaproveitamento da energia oriunda do gás de exaustão. O gás de exaustão, considerado ideal, apresenta calor específico à pressão constante de 1kJ/(kg°C) e entra no trocador de calor com vazão de 3kg/s e temperatura de 200°C. Ao sair, o gás apresenta temperatura igual a 100°C. A água, com calor específico de 4kJ/(kg°C), entra através do tubo do trocador de calor com temperatura igual a 20°C e deixa o trocador de calor com temperatura de 80°C. Assumindo-se que todo o calor disponibilizado pelo gás de exaustão é aproveitado pela água durante o processo de aquecimento, qual a vazão de água que entra no trocador de calor?

Em um dia de verão, um caminhão-tanque foi carregado com 39.850 litros de óleo diesel na Refinaria Alberto Pasqualini em Canoas, região metropolitana do RS. Durante o percurso para Bento Gonçalves, na serra gaúcha, ele encontrou uma tempestade de verão que fez a temperatura do ambiente cair 32,0 K em relação ao seu ponto de partida. Com base nessas informações, assinale quantos litros de combustível foram entregues em Bento Gonçalves. Para os cálculos, considere:

1. Coeficiente de expansão térmica do óleo diesel = 9,50x10^-4/C°
2. Coeficiente de expansão linear do tanque = 11x10^-6/C°

Ao escoar qualquer tipo de fluido em uma tubulação, sempre haverá uma determinada perda de carga. Essa perda de carga do fluido dentro da tubulação é uma energia dissipada na forma de calor. A fim de diminuir essa perda durante o deslocamento do fluido, costuma-se dividir o trajeto das tubulações em trechos, e, dessa forma, diminuir o uso de máquinas. Acerca desse assunto, analise as assertivas abaixo:

I. O teorema de Bernoulli é aplicado aos fluidos incompressíveis, através da equação:

$\frac{P_1-P_2}{\gamma }+\frac{V_1^2-V_2^2}{2g}+\left(H_1-H_2\right)=J$

II. O número de Reynolds é aplicado somente ao escoamento turbilhonar.

III. No escoamento laminar, todos os filetes líquidos são paralelos entre si, e as velocidades em cada ponto não variam tanto em direção quanto em grandeza.

IV. Quando R_n (número de Reynolds) tiver valores compreendidos entre 2000 e 4000, o regime é turbilhonar.

V. O ábaco de Moody mostra claramente todas as zonas de escoamento.

Quais estão INCORRETAS?

Quanto aos processos de transferência de calor por condução, analise as assertivas abaixo:

I. Para a condução do calor, a equação de taxa de transferência é conhecida como Lei de Fourier.

II. A condução de calor não pode ser vista como a transferência energética entre partículas.

III. Na presença de um gradiente de temperatura, ocorre a transferência energética por convecção e não a transferência energética por condução.

Quais estão corretas?

Placas de orifício são um dos elementos primários para medição de vazão mais antigos. Elas são utilizadas com frequência principalmente em sistemas de resfriamento e de emergência devido a sua simplicidade, robustez e baixo custo. Em relação a esse equipamento de medição, é correto afirmar que:

Dada a equação diferencial em coordenadas retangulares, para o princípio da conservação da massa em um volume de controle:

$\frac{\partial \rho u}{\partial x}+\frac{\partial \rho v}{\partial y}+\frac{\partial \rho w}{\partial z}+\frac{\partial \rho }{\partial t}=0$

Onde,

ρ, densidade e $\overrightarrow{V}=\hat{i}u+\hat{j}v+\hat{k}w,$ velocidade.

Considerando o escoamento permanente de um fluido, assinale a equação da continuidade simplificada.

Duas placas planas e paralelas estão separadas por uma distância de 4 mm. A placa superior é fixa, enquanto a inferior move-se com velocidade de 2 m/s. O espaçamento entre as placas é preenchido por um fluido newtoniano de massa específica 800 kg/m³ e viscosidade 0,2 cm²/s. Nessas condições, qual o valor da tensão de cisalhamento, em Pa, que agirá sobre o fluido newtoniano?

Sobre a produção do ácido nítrico pelo processo de Ostwald, analise as assertivas abaixo:

I. As reações de produção de NO e a de conversão do NO a NO₂ são exotérmicas.

II. Nesse processo são empregados como matérias-primas amônia anidra, ar e água e, como catalisador, uma tela de platina-ródio.

III. A primeira etapa desse processo é favorecida a baixas pressões.

Quais estão corretas?

Seja a equação de estado de Van der Waals para um gás não ideal:

$\left(P+\frac{a{N}^2}{V^2}\right)\left(V-Nb\right)=N{k}_{B}T,$

onde: P é a pressão; V, o volume; N, o número de moléculas; T, a temperatura; k_B, a constante de Boltzmann; e a e b são constantes.

No Sistema Internacional (SI), as unidades para a e b são, respectivamente,

Um trocador de calor opera nas condições abaixo:

Corrente quente:

cp = 4,5 kJ/kg.K

m ponto = 1,5 kg/s

t_entrada = 200 ºC

t_saída = 100 ºC

Corrente fria:

cp = 4,0 kJ/kg.K

M_ponto = 2,5 kg/s

T_entrada = 15ºC

T_saída = não informada

Qual é o valor da efetividade nas condições indicadas?

Considere a Figura abaixo, que indica uma possível instalação para testes de escoamentos:

A válvula está fechada, e, nessa situação, não há escoamento. Pg é a pressão manométrica no ponto indicado do reservatório fechado da direita. A área da superfície livre do reservatório da esquerda é muito grande.

Sabendo-se que h1 = 7m; h2 = 1m; h3 = 4m e l1 = 100m; g = 10 m/s² e que a massa específica do fluido é igual a 1000 kg/m³, P_atm = 100 kPa, após a abertura da válvula, o escoamento irá acontecer

Considere o fracionamento de um composto representado na Figura abaixo, operando em regime permanente.

Todas as correntes 1, 2 e 3 são líquidas, com capacidades caloríficas de aproximadamente 5 kJ/(kgºC). Admita as seguintes informações sobre as diferenças de temperatura entre as correntes 2 e 1, as correntes 3 e 1 e a taxa de calor trocado no trocador Tr1 por vazão mássica da corrente 1 (_{$\dot{\mathrm{Q}}$Tr1} /_{$\dot{\mathrm{M}}$1}) :

• $\dot{\mathrm{M}}$ - vazão mássica (kg / s)

• $\dot{\mathrm{Q}}$_Tr1 - taxa de calor no trocador Tr1 $\frac{kJ}{kg.s}$

• $\dot{\mathrm{Q}}$_Tr2 - taxa de calor no trocador Tr2 $\frac{kJ}{kg.s}$

• $\dot{\mathrm{M}}$₂ = 0,4 . $\dot{\mathrm{M}}$₁

• T₂ - T₁ = -30ºC

• T₃ - T₁= 40ºC

• $\frac{|{\dot{\mathrm{Q}}}_{\mathrm{T}\mathrm{r}1}|}{\dot{{\mathrm{M}}_1}}$ = 25 $\frac{\mathrm{k}\mathrm{J}}{\mathrm{k}\mathrm{g}}$

Nessas condições, a razão $\frac{{\dot{\mathrm{Q}}}_{\mathrm{T}\mathrm{r}2}}{\dot{{\mathrm{M}}_1}}$, em kJ/kg, é, aproximadamente,

Um mole de gás ideal monoatômico sofre um processo de expansão isotérmica, na temperatura T, entre os volumes V₀ e 3V₀, e o trabalho realizado por esse gás é W₁. Um mole de outro gás ideal, diatômico, sofre o mesmo processo de expansão isotérmica, na mesma temperatura T, também entre os volumes V₀ e 3V₀, e, nesse caso, o trabalho realizado será W₂.

Nesse contexto, o valor W₂/W₁ é igual a

A velocidade do som para um gás ideal é dada pela expressão c = (kRT)^0,5, onde k é a razão entre os calores específicos a pressão constante e a volume constante e R é a constante do gás. T indica a temperatura em K. Os efeitos de compressibilidade são indicados como relevantes a partir de um número de Mach, M, = 0,3 (razão entre a velocidade do escoamento e a velocidade do som no meio em questão).

Se a velocidade para M = 0,3 de um determinado gás (R = 300 J/kg.K) for igual a 106,5 m/s, a 27 ºC, a velocidade, em m/s, para a temperatura de 927 ºC será