Questões de Engenharia Química e Química Industrial do ano 2023

Considere a parede plana composta constituída de três materiais em camadas com as dimensões mostradas na Figura abaixo. Se expressarmos a taxa de transferência de calor em regime estacionário por unidade de área entre um gás quente na temperatura Th em um lado dessa parede e um gás frio a Tc no outro lado, obteremos a seguinte expressão:


Designações de temperatura e dimensões são mostradas na figura. Considerando a relação apresentada anteriormente e a figura, qual será a diferença de temperatura entre T1 e T2?

Uma preocupação maior na operação de uma bomba é a presença de cavitação, a qual ocorre quando um líquido que está sendo bombeado vaporiza ou entra em ebulição. Se isso ocorrer, as bolhas de vapor que foram formadas causam uma diminuição na eficiência e, frequentemente, danos estruturais na bomba que podem até levar à falha catastrófica. O parâmetro designado como carga líquida positiva de sucção (da sigla em inglês, NPSH) caracteriza a probabilidade de ocorrer cavitação. Sobre a carga líquida positiva de sucção, analise as assertivas abaixo:
I. Valores de NPSH, em geral, não podem ser determinados experimentalmente para uma faixa de vazões em uma dada bomba.
II. Para uma instalação apropriada de uma bomba, o valor de NPSH calculado deve ser maior que o valor obtido a partir do gráfico de desempenho de uma bomba na mesma vazão.
III. Para uma instalação apropriada de uma bomba, o valor de NPSH calculado nunca deve ser maior que o valor obtido a partir do gráfico de desempenho de uma bomba na mesma vazão.
IV. Para uma instalação apropriada de uma bomba, o valor de NPSH calculado deve ser menor que o valor obtido a partir do gráfico de desempenho de uma bomba na mesma vazão.
Quais estão corretas?

A camada-limite em uma placa plana é mostrada na Figura a seguir. A espessura da camada-limite (?) 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 camada-limite 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 (R_ex), 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: 

Em um escoamento incompressível, o coeficiente de arraste (CD) depende do número de Reynolds (Re) e da geometria de um corpo. Uma forma geométrica simples que ilustra a dependência do arraste com o número de Reynolds é o cilindro circular. O escoamento invíscido em torno de um cilindro, naturalmente, não produziu nenhum arraste, uma vez que não existiu nenhum atrito nem arraste devido à pressão. A variação no coeficiente de arraste com o número de Reynolds para um cilindro liso é mostrada na Figura a seguir. O padrão de escoamento em torno do cilindro é ilustrado para diferentes valores de número de Reynolds (Re). O padrão de escoamento e a forma geral da curva sugerem que a variação de arraste, e, consequentemente, os efeitos de tensão cisalhante sobre o escoamento, pode ser subdividida em quatro regimes. 


Sobre as características de cada regime, analise as assertivas abaixo:
I. Regime 1 – Neste regime, o escoamento inteiro é laminar e o número de Reynolds pequeno, sendo menor do que 1. Podemos dizer que no regime 1 as forças viscosas predominam. O padrão de escoamento nesse caso é quase simétrico; o escoamento adere ao corpo e a esteira está livre de oscilações. Nesse regime de escoamento lento (creeping flow), efeitos viscosos predominam e se estendem por todo o campo de escoamento.
II. Regime 2 – A Figura mostra duas ilustrações do padrão de escoamento no segundo regime. À medida que o número de Reynolds aumenta, pequenos redemoinhos se formam no ponto de estagnação na parte de trás do cilindro. Para valores mais altos de Reynolds, esses redemoinhos crescem até o ponto em que eles se separam do corpo e são varridos a jusante em direção à esteira. O padrão dos redemoinhos no regime 2 é chamado de vórtice de von Kármán. Essa mudança na característica da esteira de uma natureza estacionária para não estacionária nunca é acompanhada por uma mudança na inclinação da curva de arraste. As características principais desse regime são a natureza estacionária da esteira e a separação do escoamento do corpo.
III. Regime 3 – No terceiro regime, a esteira não é mais caracterizada por grandes redemoinhos, embora ela permaneça não estacionária. O escoamento na superfície do corpo a partir do ponto de estagnação ao ponto de separação é laminar e a tensão cisalhante nesse intervalo é apreciável somente em uma fina camada próxima ao corpo. O coeficiente de arraste tende a atingir um valor constante de aproximadamente 1.
IV. Regime 4 – Em um número de Reynolds próximo de 5 × 10⁵ , o coeficiente de arraste repentinamente diminui para 0,3.
Qual assertiva traz FALSA análise das características do regime apresentado?

O processo em que elementos químicos são constantemente reciclados através dos meios bióticos e abióticos chama-se ciclo biogeoquímico. Esses ciclos conferem à biosfera a capacidade de autorregulação, denominada de: