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 Enade Exame de 2002 - PROVAS - Engenharia Química

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CADERNO DE QUESTÕES Instruções 1- Você está recebendo o seguinte material: a) este caderno com o enunciado das 10 (dez) questões discursivas e das questões relativas às suas impressões sobre a prova, assim distribuídas: Questões discursivas 1 a 10 3a8 10,0 Impressões sobre a prova 1 a 20 9 ENGENHARIA QUÍMICA Nos das Questões Nos das pp. neste Caderno Valor de cada questão Partes — b) 01 Caderno de Respostas em cuja capa existe, na parte inferior, um cartão destinado às respostas das questões relativas às impressões sobre a prova. O desenvolvimento e as respostas das questões discursivas deverão ser feitos a caneta esferográfica de tinta preta e dispostos nos espaços especificados nas páginas do Caderno de Respostas. 2 - Verifique se este material está em ordem e se o seu nome no CARTÃO-RESPOSTA está correto. Caso contrário, notifique IMEDIATAMENTE a um dos Responsáveis pela sala. 3 - Após a conferência do seu nome no CARTÃO-RESPOSTA, você deverá assinálo no espaço próprio, utilizando caneta esferográfica de tinta preta. 4 - Esta prova é individual. Você PODE usar calculadora e régua; entretanto são vedadas qualquer comunicação e troca de material entre os presentes, consultas a material bibliográfico, cadernos ou anotações de qualquer espécie. 5 - Quando terminar, entregue a um dos Responsáveis pela sala o CARTÃORESPOSTA grampeado ao Caderno de Respostas e assine a Lista de Presença. Cabe esclarecer que nenhum graduando deverá retirar-se da sala antes de decorridos 90 (noventa) minutos do início do Exame. 6 - Você pode levar este CADERNO DE QUESTÕES. OBS.: Caso ainda não o tenha feito, entregue ao Responsável pela sala o cartão com as respostas ao questionário-pesquisa e as eventuais correções dos seus dados cadastrais. Se não tiver trazido as respostas ao questionário-pesquisa, você poderá enviá-las diretamente à DAES/INEP (Esplanada dos Ministérios, Bloco L - Anexo II - Brasília, DF - CEP 70047-900). 7 - VOCÊ TERÁ 04 (QUATRO) HORAS PARA RESPONDER ÀS QUESTÕES DISCURSIVAS E DE IMPRESSÕES SOBRE A PROVA. OBRIGADO PELA PARTICIPAÇÃO! MEC Ministério da Educação PROVÃO 2002 DAES Instituto Nacional de Estudos e Pesquisas Educacionais Diretoria de Estatísticas e Avaliação da Educação Superior Consórcio Fundação Cesgranrio/Fundação Carlos Chagas ENGENHARIA QUÍMICA 1

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ENGENHARIA QUÍMICA 2 PROVÃO 2002

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1 As figuras abaixo representam o comportamento da entalpia e da entropia a 500 K para a reação kd yyyw A xyyy B y ki em função da coordenada de reação ξ, em que H* e S* representam, respectivamente, a entalpia e a entropia do complexo ativado. Calcule a constante da velocidade da reação inversa a 500 K, sabendo-se que a constante da velocidade da reação direta é igual a 0,01 s − 1. S (J K - 1 mol- 1 ) H (kJ mol - 1) 80 40 H* 60 S* 30 40 20 B 20 A 10 A B x x Dados / Informações Adicionais K eq o  ∆Go   ∆HR R = exp  −  = exp  −  RT   RT o + ∆S R R    R = 8,314 J mol−1K−1 2 Dois corpos 1 e 2 são mantidos a temperaturas diferentes T1 e T2 (T1 >> T2), respectivamente, e separados por uma parede sólida. Devido à diferença de temperatura entre os dois corpos, a parede é atravessada por um fluxo de calor e por um fluxo de entropia. As figuras abaixo representam três processos em regime estacionário, nos quais os fluxos de calor Q e de entropia S estão $ $ representados por setas cujas larguras correspondem aos seus valores numéricos. Avalie se cada um dos processos é termodinamicamente viável, justificando cada resposta. Processo B Processo A T1 Parede T2 T1 Parede Processo C T2 T1 Parede Q Q S PROVÃO 2002 Q S T2 S ENGENHARIA QUÍMICA 3

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3 O acoplamento de unidades de separação e de reação pode aumentar significativamente a conversão em reações de equilíbrio pela retirada de um dos reagentes do meio reacional. Uma combinação, cada vez mais utilizada, é o emprego de membranas seletivas a um dos componentes da mistura. Neste contexto, considere a reação elementar A ⇔ B + C. Se B é um produto que pode passar por uma membrana seletiva que delimita um reator tubular, seu balanço diferencial de matéria em base molar pode ser escrito como FB V − FB V+ ∆V + rB ∆V − RB ∆V = 0 , em que FB é a vazão molar do produto B, V é o volume, rB é a velocidade de reação e RB = kmCB é a velocidade de permeação de B através da membrana, sendo CB a concentração molar de B. membrana seletiva V V+ D V O coeficiente de transporte km é uma medida indireta da resistência oferecida pela membrana à passagem do componente considerado. a) Se aumentarmos a vazão molar de alimentação do reator (FA0), constituída exclusivamente pelo reagente A, todas as vazões na saída do reator irão aumentar. No entanto, embora mais reagente A entre no reator, a conversão pode diminuir com o aumento de FA0. Por quê? (valor: 5,0 pontos) b) Qual o efeito do aumento de km sobre a conversão do reagente A? (valor: 5,0 pontos) 4 Cebola triturada é submetida ao processo de secagem em condições de velocidade constante, sendo posteriormente embalada e comercializada. A cebola é espalhada na bandeja do secador, formando uma camada com espessura de 25,4 mm. Somente a superfície superior dessa camada é exposta ao ar quente utilizado nesse processo. A taxa de secagem durante o período de velocidade constante é de 2,05 kg h−1 m−2. A razão entre a massa de cebola seca e a área da superfície exposta à secagem é de 24,4 kg de sólido seco por m2 de superfície exposta (Figura 1). ar quente 25,4 mm Figura 1 superfície isolada Com base nos resultados observados, calcule o tempo necessário (em horas) para reduzir o teor de umidade livre inicial de 0,55 para 0,05 de uma camada de cebola triturada com espessura de 50,8 mm, usando as mesmas condições de secagem, com ar quente escoando pelas duas superfícies (superior e inferior) da camada de cebola (Figura 2). ar quente 25,4 mm Figura 2 25,4 mm ar quente Dados / Informações Adicionais Tempo de secagem a velocidade (taxa) constante: t= LS AR C (Xi − X f ) em que: t : tempo; LS : massa de sólido seco; A : área da superfície exposta; Rc X : velocidade de secagem; : teor de umidade livre; i, f : inicial, final, respectivamente. ENGENHARIA QUÍMICA 4 PROVÃO 2002

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5 Óleo de soja é tradicionalmente extraído empregando-se hexano como solvente, conforme o esquema a seguir. Solvente Solvente Soja Farelo c/solvente Extração Esgotamento do solvente Retirada solvente P = 1 atm T = 60° C Farelo Óleo Óleo + solvente No entanto, face à toxidade do hexano e a riscos ambientais, rotas alternativas têm sido propostas, tais como: − etanol como solvente: o esquema acima, que descreve o processo para hexano, também pode ser utilizado para extração com etanol, porém alterando-se as condições de operação do extrator para uma pressão absoluta de aproximadamente 4,2 atm e 120 °C (o óleo de soja apresenta alta solubilidade em etanol apenas em temperaturas acima de 100 °C); − CO2 como solvente: operação em condições supercríticas, de acordo com o seguinte esquema: CO2 gás 55 atm 27 °C 100 atm 120 °C Soja Compressor Extração Farelo Redução de pressão Separação do CO 2 Solvente + óleo Óleo Compare os três processos descritos, evidenciando as vantagens e as desvantagens mais importantes com relação à qualidade dos produtos (óleo e farelo de soja) e às conseqüências técnico-econômicas e ambientais deles decorrentes. 6 Você deve projetar um agitador para ser utilizado em um fluido com viscosidade µ = 4,0 x 10−3 Pa s e massa específica ρ = 1,0 x 103 kg m−3. Com o objetivo de prever a potência necessária nesse agitador, foi construído um modelo geometricamente similar, na escala de 1:4. Para organizar os experimentos de modo que os resultados de potência possam ser extrapolados para o projeto do agitador, devem ser definidos o fluido a ser utilizado e a velocidade angular (ω) a ser empregada. Com base nas informações fornecidas, a) determine a razão entre as velocidades angulares no modelo e no agitador (ωm/ωA); (valor: 6,0 pontos) b) escolha, dentre as opções mostradas na tabela abaixo, o fluido que deve ser utilizado nos experimentos. (valor: 4,0 pontos) Fluido ρ x 10−3 (kg m−3) µ x 103 (Pa s) A 1,0 0,8 1,0 B C 1,2 2,0 0,4 Dados / Informações Adicionais . Variáveis relevantes na operação do agitador: potência de agitação (P); diâmetro da pá do agitador (D); velocidade angular do sistema de agitação (ω); viscosidade (µ) e massa específica (ρ) do fluido; aceleração da gravidade (g). . Uma análise dimensional, utilizando essas variáveis, indica os seguintes grupos adimensionais importantes na descrição do processo: π1 = PROVÃO 2002 P 5 3 Dωρ ; π2 = µ 2 D ωρ ; π3 = g 2 ωD ENGENHARIA QUÍMICA 5

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7 A Célula de Arnold é um dispositivo que, de forma simples, permite a medição de coeficientes de difusão mássica. Na figura, é mostrado um esboço da célula. ar (B) z nível em t = 0 nível final em t = t 1 líquido (A) No experimento, em um intervalo de tempo ∆ t = t 1, mede-se a quantidade de líquido evaporado através da variação do nível ∆ z = (z 1 – z o ). A difusividade de A em B é então determinada por D AB = ρA MA 1 c  1 − y A,t  ln   1 − y A,s  t1  z12 − z 0 2    2 , em que ρA é a massa específica do líquido A; MA, a sua massa molar; c é a concentração molar global na coluna gasosa; yA,t e yA,s são as frações molares de A no topo da célula e sobre a superfície do líquido, respectivamente. O modelo que permite essa relação tem como hipóteses: − sistema binário; − B insolúvel em A; dy A − fluxo difusivo de A ao longo da célula: N Az = − c D AB + y A (N Az + NBz ); dz − regime pseudo-estacionário; − sistema isotérmico; − difusividade DAB constante. a) Determine a difusividade mássica de clorofórmio (A) no ar (B), sabendo que, em um experimento com uma Célula de Arnold, em 10 horas (36.000 s), a distância entre a superfície do clorofórmio e o topo da célula passou de zo = 7,40 cm para z1 = 7,84 cm. Considere que no topo da célula escoava ar puro, ou seja, yA,t = 0, e que na superfície do clorofórmio as condições eram de saturação. A temperatura e a pressão mantiveram-se constantes e iguais a 298 K e 101,3 kPa, respectivamente. A pressão de vapor do clorofórmio nessa temperatura é igual a 26,6 kPa. Apresente o resultado da difusividade em m2 s−1 utilizando o mesmo número de algarismos significativos empregados para representar a distância z. (valor: 8,0 pontos) b) Qual é a característica do processo que permite a adoção de regime pseudo-estacionário na sua modelagem? (valor: 2,0 pontos) Dados / Informações Adicionais ρA = 1.480 kg m−3 ; MA = 119 kg kmol−1; c = 0,0409 kmol m−3 ENGENHARIA QUÍMICA 6 PROVÃO 2002

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8 O programa abaixo, em linguagem POLYMATH (http://www.cache.org), representa um modelo de uma reação conduzida isotermicamente, em fase líquida, para produzir brometo de metila (C) a partir de cianeto de bromo (A) e metil amina (B). A notação d(Ci)/d(t) representa a derivada da concentração molar (Ci), em relação ao tempo (t). É mostrado também o gráfico com os resultados obtidos para um certo conjunto de condições iniciais. Utilizando os dados fornecidos, a) esquematize a reação e identifique a sua ordem global; (valor: 3,0 pontos) b) identifique, com relação à operação (forma de alimentação), se o reator é contínuo, semicontínuo ou batelada; (valor: 3,0 pontos) c) estime a conversão (X) de BrCN 100 unidades de tempo após o início da reação. (valor: 4,0 pontos) 9 No processo de produção de etanol por fermentação de açúcar, tem sido sugerido o aproveitamento do dióxido de carbono gerado na fermentação, como alternativa para melhorar a economia do processo. O fluxograma abaixo representa uma proposta para uma unidade de recuperação de CO2. Forneça o nome e a função de cada um dos oito itens indicados no fluxograma. CO2 , O2 , N2 N 2, O 2 H2 O, etanol CO2 , H2 O, etanol fase líquida (solvente) dorna de fermentação etanol H2 O 1 6 5 2 7 5 bar 180° C 4 PROVÃO 2002 CO2 , H2 O, etanol 40°C 3 LC solvente, CO 2, H2 O e etanol 18 bar 40° C 10 bar 8 19 bar silica gel - 23° C 17,8 bar CO 2 líquido H 2 O, etanol ENGENHARIA QUÍMICA 7

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10 Você recebeu a tarefa de executar a análise preliminar da unidade representada na figura abaixo, onde um reator, em que deverá ocorrer uma reação fortemente exotérmica, terá a sua temperatura controlada por um ciclo de refrigeração. O sistema de refrigeração deverá empregar propileno como refrigerante. O compressor admitirá propileno a 5 bar sob a forma de vapor saturado. Uma compressão adiabática elevará a pressão do propileno até 20 bar. Após a descarga do compressor, o propileno será condensado e resfriado no trocador de calor até 30 oC para, então, ser enviado à serpentina de resfriamento do reator, após passar pela válvula redutora de pressão. Empregando o diagrama termodinâmico Entalpia x Pressão apresentado a seguir, faça uma estimativa de a) temperatura T1 do gás na saída da serpentina de resfriamento do reator; (valor: 1,5 ponto) b) temperatura T2 do gás na descarga do compressor; (valor: 1,5 ponto) c) vazão mássica (kg h−1) de propileno enviada à serpentina para absorver uma carga térmica de 290.000 kJ h−1; (valor: 4,0 pontos) d) carga térmica do condensador (kJ h−1). (valor: 3,0 pontos) T1 vapor saturado T2 gás P2 = 20 bar P1 = 5 bar P4 = 20 bar reator compressor Condensador líquido T3 = 30° C P3 = 20 bar válvula redutora de pressão Pressão, bar reservatório Entalpia, kJ/kg ENGENHARIA QUÍMICA 8 PROVÃO 2002

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IMPRESSÕES SOBRE A PROVA As questões abaixo visam a levantar sua opinião sobre a qualidade e a adequação da prova que você acabou de realizar e também sobre o seu desempenho na prova. Assinale as alternativas correspondentes à sua opinião e à razão que explica o seu desempenho nos espaços próprios (parte inferior) do Cartão-Resposta. Agradecemos sua colaboração. 1 Qual o ano de conclusão deste seu curso de graduação? (A) 2002. (B) 2001. (C) 2000. (D) 1999. (E) Outro. 6 As questões da prova apresentam enunciados claros e objetivos? (A) Sim, todas apresentam. (B) Sim, a maioria apresenta. (C) Sim, mas apenas cerca de metade apresenta. (D) Não, poucas apresentam. (E) Não, nenhuma apresenta. 7 Como você considera as informações fornecidas em cada questão para a sua resolução? (A) Sempre excessivas. (B) Sempre suficientes. (C) Suficientes na maioria das vezes. (D) Suficientes somente em alguns casos. (E) Sempre insuficientes. 8 2 Qual o grau de dificuldade desta prova? (A) Muito fácil. (B) Fácil. (C) Médio. (D) Difícil. (E) Muito difícil. 3 Quanto à extensão, como você considera a prova? (A) Muito longa. (B) Longa. (C) Adequada. (D) Curta. (E) Muito curta. 4 Para você, como foi o tempo destinado à resolução da prova? (A) Excessivo. (B) Pouco mais que suficiente. (C) Suficiente. (D) Quase suficiente. (E) Insuficiente. 5 A que horas você concluiu a prova? (A) Antes das 14.30 horas. (B) Aproximadamente às 14.30 horas. (C) Entre 14.30 e 15.30 horas. (D) Entre 15.30 e 16.30 horas. (E) Entre 16.30 e 17 horas. Como você avalia a adequação da prova aos conteúdos definidos para o Provão/2002 desse curso? (A) Totalmente adequada. (B) Medianamente adequada. (C) Pouco adequada. (D) Totalmente inadequada. (E) Desconheço os conteúdos definidos para o Provão/2002. 9 Como você avalia a adequação da prova para verificar as habilidades que deveriam ter sido desenvolvidas durante o curso, conforme definido para o Provão/2002? (A) Plenamente adequada. (B) Medianamente adequada. (C) Pouco adequada. (D) Totalmente inadequada. (E) Desconheço as habilidades definidas para o Provão/2002. 10 Com que tipo de problema você se deparou mais freqüentemente ao responder a esta prova? (A) Desconhecimento do conteúdo. (B) Forma de abordagem do conteúdo diferente daquela a que estou habituado. (C) Falta de motivação para fazer a prova. (D) Espaço insuficiente para responder às questões. (E) Não tive qualquer tipo de dificuldade para responder à prova. Como você explicaria o seu desempenho em cada questão da prova? Números das questões da prova. Números dos campos correspondentes no CARTÃO-RESPOSTA. O conteúdo ... (A) não foi ensinado; nunca o estudei. (B) não foi ensinado; mas o estudei por conta própria. (C) foi ensinado de forma inadequada ou superficial. (D) foi ensinado há muito tempo e não me lembro mais. (E) foi ensinado com profundidade adequada e suficiente. PROVÃO 2002 Q1 11 Q2 12 Q3 13 Q4 14 Q5 15 Q6 16 Q7 17 Q8 18 ENGENHARIA QUÍMICA Q9 19 Q10 20 9

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ENGENHARIA QUÍMICA Questão nº 1 Padrão de Resposta Esperado: Sabe-se que kd K eq = (1) ki em que Keq é a constante de equilíbrio, kd é a constante da velocidade da reação direta e ki, a constante da velocidade da reação inversa. Por outro lado, o o  ∆GR   ∆HR K eq = exp  −  = exp  − RT  RT   o + ∆SR R    (2) em que o * * o * * ∆HR = ∆Hd − ∆Hi (3) ∆SR = ∆Sd − ∆Si (4) As grandezas designadas por * estão identificadas nas figuras abaixo. -1 -1 -1 S (J K mol ) H (kJ mol ) H* S* 60 30 DH* i DH* d 40 20 20 B DH R DS* d DS* i A DS R 10 A B x x A partir dos gráficos, obtém-se: −1 * −1 * ∆Hd = 70 − 20 = 50 kJ mol ; ∆Hi = 70 − 40 = 30 kJ mol ; * ∆S d = 35 − 20 = 15 J K −1 −1 * mol ; ∆S i = 35 − 10 = 25 J K −1 mol −1 Portanto, de (3) e (4) obtém-se: o ∆ H R = 20 kJ m ol o ∆ S R = − 10 JK −1 −1 m ol −1 Os valores acima podem ser obtidos, alternativamente, sem o uso do estado intermediário do complexo, como também mostram as figuras. Da equação (2), obtém-se:  20 x 10  8, 314 x 500 K eq = exp  − 3 −  −3  = 2, 44 x 10 8, 314  10 Da equação (1), resulta: ki = 0, 01 2, 44x10 −3 = 4, 09 s −1 (valor: 10,0 pontos) 1

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ENGENHARIA QUÍMICA Questão nº 2 Padrão de Resposta Esperado: Processo A: termodinamicamente inviável. Justificativa: embora o fluxo de calor seja constante ao longo da parede, de acordo com a 1ª Lei da Termodinânima (conservação de energia), o fluxo de entropia diminui, o que é termodinamicamente inviável, pois viola a 2ª Lei da Termodinâmica (não-destruição da entropia). Processo B: termodinamicamente viável. Justificativa: o fluxo de calor é constante ao longo da parede, de acordo com 1ª Lei da Termodinâmica, e o fluxo de entropia aumenta ao longo da parede, de acordo com a 2ª Lei da Termodinâmica (geração de entropia num processo de transferência de calor). Processo C: termodinamicamente inviável. Justificativa: embora o fluxo de entropia aumente ao longo da parede, o que é termodinamicamente viável pela 2ª Lei da Termodinâmica (geração de entropia), o fluxo de calor aumenta, o que contraria a 1ª Lei da Termodinâmica. (valor: 10,0 pontos) Questão nº 3 Padrão de Resposta Esperado: a) A conversão pode diminuir porque o aumento da vazão FAo também provoca uma redução do tempo de residência de A no reator e, conseqüentemente, da sua conversão. (valor: 5,0 pontos) b) O coeficiente de transporte km é uma medida da facilidade com que uma dada substância (no caso, B) passará através da membrana. Quanto maior o valor de km, mais facilmente o produto B será retirado do reator. Com isso, haverá um deslocamento da reação no sentido de se produzir mais B (Princípio de Le Chatelier), aumentando a conversão do reagente A. (valor: 5,0 pontos) Questão nº 4 Padrão de Resposta Esperado: O valor da razão LS = 2LS A = 24, 4 kg de sólido seco por m2 de superfície exposta é o mesmo para ambos os casos. 2A Em função da simetria, Rc é constante e igual nos dois casos. Logo: t= 2L S 2AR C (X i − X f ) = 24, 4 (0, 55 − 0, 05) ⇒ t = 5, 95 h (valor: 10,0 pontos) 2, 05 Questão nº 5 Padrão de Resposta Esperado: − Extração empregando hexano como solvente: o processo é realizado em pressão atmosférica. Portanto, a sua operação é menos dispendiosa e utiliza equipamentos mais simples. O produto obtido exige, no entanto, cuidadosa retirada do solvente para tornálo adequado ao consumo humano e animal, face à toxicidade do hexano. Dos pontos de vista de segurança e ambiental, o hexano exige cuidados especiais no seu manuseio por ser explosivo e tóxico (solvente orgânico volátil). − Extração empregando etanol como solvente: o etanol é mais volátil e menos tóxico do que o hexano. Portanto, é mais seguro, gerando produtos mais adequados para o consumo humano e animal. A extração a pressão mais elevada do que a atmosférica exige equipamentos e soluções de engenharia mais dispendiosos. − Extração empregando CO2 como solvente: o CO2 tem a vantagem de ser inócuo à saúde (humana e animal) e não apresentar riscos de toxicidade ambiental. Além disso, não é explosivo. Todavia, as altas pressões de operação necessárias para a processo tornam os custos (equipamentos e operação) mais elevados em comparação com os processos de extração com solventes orgânicos. (valor: 10,0 pontos) 2

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ENGENHARIA QUÍMICA Questão nº 6 Padrão de Resposta Esperado: a) Como há necessidade de similaridade dinâmica para que os resultados do modelo tenham uma relação com os do agitador a ser projetado, os grupos adimensionais apresentados devem permanecer constantes. Dessa forma, utilizando o terceiro grupo: g 2 ωm = Dm g 2 ωA  ωm  ω   A ⇒ DA 2 = DA = Dm 4 ωm ⇒ ωA 1 =2 (valor: 6,0 pontos) b) Utilizando o segundo grupo adimensional: µm 2 Dm ωm ρm = µA 2 DA µm ρA ⇒ ωA ρA µ A ρm =  Dm  D   A 2 ωm = ωA  1  4 2 x2= 1 8 Como µA = 4,0 x 10−3 Pa s e ρA = 1 x 103 kg m−3, temos que o fluido a ser utilizado no modelo deve ter as suas viscosidade e massa específica relacionadas da seguinte forma, nas unidades utilizadas: µm 1 x 10 4, 0 x 10 −3 3 ρm = 1 ⇒ 8 µm ρm = 1 x 10 −6 2 O fluido que satisfaz as condições requeridas é o B. (valor: 4,0 pontos) Questão nº 7 Padrão de Resposta Esperado: a) Considerando saturação na superfície do clorofórmio: yA,s = 26,6 kPA/101,3 kPa => yA,s = 0,263 Substituindo na expressão os dados fornecidos pelo experimento: D AB = 1.480 119 1 0, 0409 ln −6 D AB = 9, 28 x 10 m 2 s  1− 0   1 − 0, 263    −1 36.000  0, 0784 2 − 0, 074 2    2   (valor: 8,0 pontos) b) A característica que permite a adoção da hipótese de regime pseudo-estacionário é o fato de a taxa de evaporação ser muito pequena. (valor: 2,0 pontos) 3

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ENGENHARIA QUÍMICA Questão nº 8 Padrão de Resposta Esperado: a) O programa representa uma reação do tipo A + B ⇒ C + D, irreversível, de segunda ordem (n = 2), pois se trata de uma reação de primeira ordem em relação a A e de primeira ordem em relação a B, conforme a equação da linha 10, na janela do ODE Solver (à esquerda). (valor: 3,0 pontos) b) Trata-se de um reator semicontínuo (ou semibatelada). Isso pode ser verificado pelas equações de balanço (linhas 1–4) e pela vazão de alimentação de B (v00 = 0,05). Da linha 8 e do gráfico de trajetórias, há uma concentração inicial de A (Ca0 = 0,05) e B aumenta seu valor com o tempo. (valor: 3,0 pontos) c) Após 100 unidades de tempo, a concentração molar cai de Ca0 = 0,05 para aproximadamente Ca = 0,015 unidades de concentração molar. Da linha 12, temos que a conversão (X) pode ser calculada pela equação X = (Ca0*v0−Ca*v)/(Ca0*v0) e, da linha 11, v = v0 + v00*t com v00 = 0,05. Como da linha 8, v0 = 5, temos: X = [0,05*5 – 0,015*(5 + 0,05*100)]/(0,05*5) X = (0,25 – 0,15)/0,25 X = 0,10/0,25 = 0,4 Portanto, a conversão de A, decorridas 100 unidades de tempo do início da reação, será 40%. (valor: 4,0 pontos) Questão nº 9 Padrão de Resposta Esperado: 1. Absorvedora ou coluna de absorção. Função: remover o O2 e N2 da mistura de gases (CO2 + O2 + N2 + H2O + etanol) retirada da dorna de fermentação, por absorção do CO2 em um solvente líquido. 2. Trocador de calor. Função: reduzir a temperatura do solvente líquido, de modo a aumentar a solubilidade do CO2, para tornar possível a operação de absorção. 3. Coluna de esgotamento (stripping) do CO2. Função: retirar (separar) o CO2 do solvente líquido por aumento de temperatura. 4. Compressor. Função: aumentar a pressão do gás para permitir a condensação a temperaturas tecnicamente viáveis. 5. Trocador de calor. Função: reduzir a temperatura do gás comprimido, facilitando a compressão do segundo estágio. 6. Coluna de adsorção. Função: retirar a umidade da mistura gasosa, evitando a formação de gelo no trocador seguinte. 7. Controlador de nível. Função: manter o selo líquido no fundo da torre absorvedora. 8. Válvula de segurança e alívio. Função: impedir danos físicos provocados pela elevação da pressão acima dos níveis preestabelecidos nos equipamentos. (valor: 10,0 pontos) 4

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ENGENHARIA QUÍMICA Questão nº 10 Padrão de Resposta Esperado: a) Do diagrama: T1 ~ − 5 oC P 10 °C T 1 5 bar -10 °C H (valor: 1,5 ponto) b) Do diagrama: T2 ~ 72 oC P T2 = 72 °C 20 bar 5 bar Adiabática (entropia constante) T 1 H (valor: 1,5 ponto) c) A 30 °C e 20 bar: H1 ~ 770 kJ kg−1 a –5 °C e 5 bar: H2 ~ 1.060 kJ kg−1 Logo: ∆H = 1.060 – 770 = 290 kJ kg−1 mgás = 290.000/290 = 1.000 kg h−1 (valor: 4,0 pontos) d) Cálculo da carga térmica do condensador. Do diagrama: − a 72 oC e 20 bar: H1 ~ 1.130 kJ kg−1 − a 30 oC e 20 bar: H2 ~ 770 kJ kg−1 Portanto: ∆H = −360 kJ kg−1 Para 1.000 kg h−1: Q = −360.000 kJ h−1 (valor: 3,0 pontos) 5

 

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