A4 Operações unitarias

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Pergunta 1
 0,2 em 0,2 pontos
 
Leia esta interessante matéria publicada na revista eletrônica FOCUS.JOR:
“Projeto proíbe produção e comércio de plásticos que não sejam recicláveis
ou biodegradáveis
O Projeto de Lei 344/21 proíbe a produção e comercialização de alguns
tipos de plástico, como o polietileno de tereftalato, conhecido pela sigla
PET, que não sejam recicláveis ou biodegradáveis. O texto, que tramita
na Câmara dos Deputados, também proíbe o polietileno de alta
densidade, o policloreto ou cloreto de vinila, o polietileno de baixa
densidade e o polipropileno. Segundo a proposta, a fabricação de
produtos com essas substâncias que não sejam recicláveis ou
biodegradáveis deve ser encerradas em até 60 dias após a publicação
da nova lei; a venda, em até 90 dias. A medida está alinhada com o
conceito de ‘retomada verde’, modelo econômico de baixo carbono
considerado por muitos países como o ideal para o mundo pós-covid.
Nessa nova economia, tecnologias poluentes e de alta emissão serão
substituídas por outras, modernas e mais amigáveis ao meio
ambiente.” (FOCUS. Projeto proíbe produção e comércio de plásticos
que não sejam recicláveis ou biodegradáveis. 26/02/2021. Disponível
em:
<https://www.focus.jor.br/projeto-proibe-producao-e-comercio-de-plastic
os-que-nao-sejam-reciclaveis-ou-biodegradaveis/>. Acesso em:
26/02/2021).
Imagine um cubo rígido confeccionado com polietileno tereftalato (PET),
medindo 10 cm de aresta, cuja densidade é 1,38 g/cm3. Qual sua
massa?
https://www.focus.jor.br/projeto-proibe-producao-e-comercio-de-plasticos-que-nao-sejam-reciclaveis-ou-biodegradaveis/
https://www.focus.jor.br/projeto-proibe-producao-e-comercio-de-plasticos-que-nao-sejam-reciclaveis-ou-biodegradaveis/
Resposta Selecionada: e.
1,38 kg.
Respostas: a.
2,25 kg.
b.
1,89 kg.
c.
2,77 kg.
d.
0,45 kg.
e.
1,38 kg.
Comentário da
resposta:
Massa específica ou densidade (ρ) é
determinada por:
ρ = m/V
Onde:
ρ = massa específica ou densidade
(kg/m3);
m = massa do fluido (kg);
V = volume do fluido (m3).
Logo:
ρ = m/V → 1,38 g/cm3 = m
(10)3 cm3
m = 1.380 g ou 1,38 kg
 Pergunta 2
 0,2 em 0,2 pontos
 
Presentes em praticamente todos os tipos de indústrias - como
farmacêutica, alimentícia, petroquímica e química - as tubulações são
conjuntos de tubos, válvulas e conexões utilizadas para o transporte de
fluidos (óleos, lubrificantes, gases, vapores, água etc.) de um ponto a
outro em uma planta. De fato, as tubulações podem representar cerca
de 70% do custo dos equipamentos e até 25% do custo total de
instalação da planta.
De modo amplo, as tubulações podem ser classificadas em dois tipos:
a) Tubulações dentro de instalações industriais.
Podem ser projetadas para utilização: em processo (exemplos:
tubulações de óleos em refinarias e as de produtos químicos em
indústrias químicas); como utilidades (empregadas tanto em sistemas
de refrigeração, aquecimento etc. quanto em manutenção e limpeza);
instrumentação (para a transmissão de sinais de ar comprimido para
válvulas de controle e instrumentos automáticos); transmissão
hidráulica (atuam para o comando de válvulas de controle hidráulicas e
outros componentes do processo) e drenagem (coletam e conduzem
efluentes de uma indústria ao destino adequado).
b) Tubulações fora de instalações industriais.
Transporte (exemplos: adutoras de água, oleodutos, gasodutos e
coletores de drenagem) e Distribuição (redes ramificadas externas à
instalação, que distribuem ou coletam, como drenagem, esgoto etc.).
Considere uma tubulação em aço inox, que faz parte de um processo de
uma indústria farmacêutica, possuindo diâmetro de 20 cm, por onde flui
água com velocidade de escoamento de 5 m/s. Sabendo que a água
ocupa todo o volume interno da tubulação, qual a massa escoada por
segundo?
Dados:
ρ (H2O) = 1.000 kg/m3
Área da uma circunferência = π x r2
π = 3,141592
Raio = diâmetro/2
Resposta Selecionada: d.
157,1 kg/s.
Respostas: a.
231,4 kg/s.
b.
88,2 kg/s.
c.
266,6 kg/s.
d.
157,1 kg/s.
e.
126,2 kg/s.
Comentário da
resposta:
A vazão mássica (Qm) é definida pela
relação:
Qm = m/Δt
Onde:
m = massa escoada (kg);
Δt = intervalo de tempo de escoamento
(s).
A vazão mássica (Qm) relaciona-se com a
vazão volumétrica (Q) por meio da
equação:
Qm = m/Δt = ρxV/Δt = ρ x Q
Lembrando: ρ = m/V
Portanto:
Q = A x v = π x r2 x v → 3,141592 x
(0,10 m)2 x 5 m/s = 0.1571 m3/s
Finalmente:
Qm= ρ x Q = 1.000 kg/m3 x 0.1571 m3/s
Qm = 157,1 kg/s
 Pergunta 3
 0,2 em 0,2 pontos
 
Viscosidade é a propriedade que indica a maior ou a menor dificuldade de
o fluido escorrer. Tem sua origem na força de atração que existe entre
as moléculas, bem como nos choques entre elas. A Figura representa
um experimento que nos possibilita entender a existência da
viscosidade: temos duas placas, e entre elas o fluido, representado por
diversas camadas sobrepostas, sendo que uma força tangencial “F” é
aplicada à placa.
Figura – Camadas do fluido em escoamento
Fonte: Adaptada de BARBOSA, 2015. p. 27
Uma vez que as lâminas fluidas podem se movimentar umas em relação às
outras, cada uma adquire velocidade própria, indo desde uma
velocidade constante “Vc” (mais próxima da placa superior) até uma
velocidade nula “V0” (junto à placa inferior): esse movimento entre as
lâminas origina tensões de cisalhamento.
Se uma placa móvel, quadrada, desliza sobre outra fixa, a uma
velocidade de 4 m/s, tendo uma película de óleo de 2,0 mm entre elas,
qual a viscosidade dinâmica do óleo (μ) no Sistema Internacional
(N.s/m2)?
Dados:
Ƭ = 1 N/m2
Resposta Selecionada: d.
0,00050 N.s/m2.
Respostas: a.
0,00040 N.s/m2.
b.
0,00020 N.s/m2.
c.
0,00075 N.s/m2.
d.
0,00050 N.s/m2.
e.
0,00060 N.s/m2.
Comentário da
resposta:
Os chamados fluidos newtonianos (como
água, ar, óleos etc.) obedecem à Lei de
Newton da Viscosidade:
Ƭ = μ ΔV / L
Onde:
Ƭ = tensão de cisalhamento (N/m2);
μ = viscosidade dinâmica ou absoluta
(N.s/m2);
ΔV = variação de velocidade (m/s);
L = distância entre as placas (m).
Logo:
Ƭ = μ ΔV / L → 1 N/m2 = μ (4 m / s – 0 m/s)
0,0020 m
1 = μ 4 / 0,0020 → 1 = 2000 x μ
μ = 0,00050 N.s/m2
 Pergunta 4
 0,2 em 0,2 pontos
 
É de grande relevância o estudo e o entendimento das propriedades dos
fluidos, haja vista a enorme quantidade de sistemas que apresentam
fluidos como meio atuante, indo desde o transporte de células no corpo
humano até nos oceanos, e mesmo na atmosfera.
O assunto “escoamento de fluidos” (ou mecânica dos fluidos) é amplo e
fundamental para o entendimento de muitos aspectos das operações
unitárias. Estudamos os conceitos básicos, bem como alguns dos
principais casos encontrados nas indústrias químicas, como
escoamento de líquidos em tubulações, transporte de líquidos por
bombeamento e medição de velocidade de escoamento.
Mas o que é um fluido? Brunetti (F. Mecânica dos fluidos. 2. ed. rev. São
Paulo: Pearson Prentice Hall, 2008) define fluido como:
Sabe-se que a massa específica de determinado fluido, empregado
para aquecimento de uma caldeira industrial, é 2.500kg/m3. Nessas
condições, qual seu peso específico relativo?
Dado:
g = 9,8 m/s2
Resposta Selecionada: c.
2,45.
Respostas: a.
4,31.
b.
1,22.
c.
2,45.
d.
3,10.
e.
5,70.
Comentário da
resposta:
Peso específico relativo (γR) traduz-se pela
relação entre o peso específico da
substância em estudo (γSubstância) e o peso
específico da água (γÁgua). Trata-se de uma
grandeza adimensional:
γR = γSubstância
γÁgua
Em condições padrões, ou seja, 1 atm e 25 °C, o
peso específico da água é γÁgua = 10.000
N/m3 (g = 10 m/s2).
Logo:
γ = ρ x g → 2.500kg/m3 x 9,8 m/s2 → 24.500
N/m3
γR = γSubstância → 24.500 N/m3
γÁgua 10.000 N/m3
γR = 2,45