Um filtro a vácuo de laboratório, com seção circular de diâmetro 100 mm, é utilizado para a filtração de uma solução de carbonato de cálcio. O processo é mantido à pressão constante, e a solução apresenta uma concentração de sólidos na solução a ser filtrada igual a 30,0 g/L. Os dados experimentais de volume de filtrado em função do tempo estão apresentados na Tabela a seguir:

Considere que a filtração foi realizada a 20°C. Considere, também, a equação geral da filtração para pressão constante:

Nessa equação, considere as seguintes informações:

\( μ \) = 0,01 \( \dfrac{g}{cm.s} \)

\( \bigtriangleup \)P = 54380 \( \dfrac{g}{cm.s^2} \)

A = áreadaáreafiltranteemcm²

C = concentraçãodesólidosem \( \dfrac{gdesólidos}{gdelíquido} \)

a = Resistênciaespecíficadatortaem \( \dfrac{cm}{g} \)

Com base nos dados fornecidos e considerando que o processo de filtração é conduzido à pressão constante, o valor aproximado da resistência do meio filtrante (R_m) é

Uma mistura inadequada de combustível e oxidante pode gerar heterogeneidade dentro do reator, resultando em zonas com excesso de um e em zonas com excesso do outro. Isso pode promover a ocorrência simultânea das reações de combustão completa e incompleta. Considera-se que a combustão do propano (C₃H₈), completa e incompleta, ocorre de acordo com as reações I e II, nessa ordem, a 800°C e 1 bar:

C₃H_8(g) + 5O_2(g)→ 3CO_2(g) + 4H₂O_(g) – Reação I

C₃H_8(g) + O_2(g)→ 3CO_(g) + 4H₂O_(g) – Reação II

Se um reator for alimentado com 1 mol de propano e 12 mols de oxigênio, a expressão, dentre as apresentadas a seguir, que possibilita o cálculo da fração de dióxido de carbono (CO₂) em função das coordenadas de reação ε_I e ε_II, correspondentes às reações I e II, respectivamente é

Um processo industrial foi projetado para clarificar uma corrente contendo polifenóis solúveis em água e fibras insolúveis, utilizando um tanque de sedimentação. A corrente apresenta uma vazão de 20 L/h, concentração de 100 g/L e concentração de sólidos na lama de 200 g/L. A massa específica das partículas é de 1,5 g/cm³ , enquanto a do líquido é de 1,0 g/cm³ .

Durante os testes de sedimentação em uma proveta, foram obtidos os seguintes dados para a altura da interface sólido-líquido em função do tempo:

Vale lembrar que o Método de Kynch pode ser utilizado para determinação da área do sedimentador, utilizando apenas um ensaio, como o apresentado nessa tabela. Dentre as hipóteses do Método, pode-se listar:

1. A concentração volumétrica das partículas \( \varepsilon \)_p0é considerada como distribuída de forma homogênea por todo o volume do recipiente ao longo da altura inicial da interface z₀ .

2. Na zona de clarificação, não existem partículas, o que leva a \( \varepsilon \)_pi = \( \varepsilon \)_po \( \dfrac{z_0}{z_i} \) , onde z_i é a intersecção da tangente à curva de sedimentação no tempo i.

3. Para calcular a área do sedimentador, pode-se utilizar a equação A = \( \dfrac{Q_{A\ \varepsilon\ A}}{q_i} \) ( \( \dfrac{1}{\varepsilon_{pi}}-\dfrac{1}{\varepsilon_{pL}} \) ), onde os subscritos A, i e L referem-se à alimentação, à camada limitante e à lama, respectivamente; e Q é a vazão volumétrica da suspensão.

Sabendo que a velocidade de sedimentação pode ser obtida pela variação da altura da interface ao longo do tempo, o valor aproximado do diâmetro do tanque de sedimentação necessário para obter a clarificação desejada é

Em um processo industrial, partículas sólidas são separadas em um elutriador operando com fluxo ascendente de líquido. Para assegurar a separação correta, é necessário calcular a velocidade terminal das partículas no líquido. Considere que as partículas têm massa específica de 2,7 g/cm³ , diâmetro equivalente de 90 μm – diâmetro da esfera de mesmo volume – e esfericidade de 0,85. O líquido utilizado tem massa específica de 1,0 g/cm³ e viscosidade dinâmica de 0,8 cP.

Considere que o elutriador opera com uma concentração volumétrica de partículas de 12% e uma velocidade ascendente do fluido de 0,18 cm/s. Despreze o efeito das paredes do tubo. Lembre-se de que, para partículas esféricas, a velocidade corrigida pela concentração do meio pode ser dada por: \( \dfrac{U}{u_T} \) ( 1- C^V)ⁿ. Considere, também, estas informações:

U = velocidade terminal da partícula corrigida

u_T = velocidade terminal da partícula

C_V = concentração volumétrica de partículas

Com base nesse conjunto de informações, a velocidade terminal das partículas, considerando o regime de sedimentação e a influência da concentração volumétrica do sistema é

Um leito fluidizado é utilizado para a secagem de partículas esféricas com massa específica de 1500 kg/m³ e diâmetro médio de 0,2 mm. O fluido utilizado para secagem é o ar, com massa específica de 1,2 kg/m³, viscosidade dinâmica de 1,8x10^-5 Pa.s e vazão igual a 0,03 m³/s. Durante a operação, deseja-se que o leito funcione com uma velocidade superficial igual a 3 vezes a velocidade mínima de fluidização. A velocidade terminal para uma partícula individual no ar, para um número de Reynolds baixo, foi determinada experimentalmente, sendo apresentada na Figura 4.

Figura 4 - Velocidade mínima de fluidização em função do diâmetro médio da partícula

Fonte: O Autor

A Tabela 1 apresenta as opções de tubos de aço inox disponíveis.

Tabela 1 - Diâmetro nominal de tubos comerciais.

A partir desse conjunto de dados, o diâmetro nominal aproximado do leito fluidizado para que o sistema trabalhe nesta condição operacional deve ser

Considere a difusão com reação química heterogênea na superfície de uma partícula catalítica não porosa. A partícula do catalisador está envolta em um filme gasoso estagnado. Considere, também, a seguinte reação irreversível e de pseudoprimeira ordem A → B. O problema é unidimensional em geometria cartesiana no estado estacionário. A é o soluto reagente e B é o produto, sendo que ambos difundem em contradifusão equimolar. Na fronteira superior do filme estagnado, a fração molar de A é y_A0; ao percorrer uma distância δ até a superfície do catalisador, a fração molar de A em δ é y_Aδ.

Também deve ser considerado que a concentração total e as propriedades físicas são constantes. O termo \( \dfrac{D_{AB}}{δk_s} \) (em que D_AB e k_S são o coeficiente de difusão binário e a constante de velocidade da reação, respectivamente) relaciona as resistências à reação química heterogênea irreversível na superfície de uma partícula e à difusão em um filme gasoso que envolve o catalisador.

Com base nessas informações, qual a afirmação correta, dentre as apresentadas a seguir?

Alguns números adimensionais importantes para a convecção mássica forçada são os números de Stanton (StM), Schmidt (Sc) e Sherwood (Sh).

Relacione as duas colunas abaixo, estabelecendo conexão entre os números adimensionais mencionados e suas definições.

1 – St_M A – Relação entre o fenômeno da convecção mássica e a contribuição convectiva em razão do movimento do meio.

2 – Sc B – Razão entre resistência à difusão e resistência à convecção mássica.

3 – Sh C – Relação entre as forças viscosas e o fenômeno da difusão.

Qual a associação correta entre números e letras?

O diagrama de fases T × x1 × y1, para uma mistura binária ideal 1 + 2 à pressão constante de 1 bar, é apresentado na Figura 3.

Figura 3: Diagrama T × x₁ × y1 à pressão de 1 bar.

Fonte: Smith; Ness; Abbott, 2007. p. 260.

Sobre o comportamento da mistura binária 1 + 2, no que tange às variações de temperatura, das frações molares e da energia de Gibbs, são feitas as seguintes afirmativas:

I. A uma temperatura abaixo das temperaturas de saturação dos componentes 1 e 2, a mistura existe como um líquido sub-resfriado para qualquer fração molar, evidenciando que a energia de Gibbs do líquido é menor que a do vapor em todo intervalo de composição.

II. A 50°C, a mistura 1 + 2 está em equilíbrio líquido-vapor, se as frações molares de líquido e de vapor correspondem aproximadamente a x₁ = 0,38 e y₁ = 0,75.

III. A uma temperatura acima das temperaturas de saturação dos componentes 1 e 2, a mistura existe como vapor superaquecido, uma vez que as energias de Gibbs do líquido e do vapor são iguais para todo intervalo de composição.

IV. A curva inferior, identificada como T - x₁, corresponde à curva de ponto de orvalho, enquanto a curva superior, identificada como T - y₁ corresponde à curva do ponto de bolha.

Estão corretas apenas as afirmativas

Vapor d'água superaquecido a 5 MPa e 700°C flui através de uma turbina isolada com uma velocidade de 315 m/s, conforme ilustrado na Figura 2. O diâmetro da tubulação de entrada é 25 mm. Na saída do equipamento, o vapor úmido com um título de 87% está a 90°C. Considera-se que, na entrada (1), o volume específico e a entalpia específica do vapor d'água correspondem a 0,088 m³/kg e 3457,7 kJ/kg, nessa ordem, e que, na saída (2), as entalpias da água líquida e vapor correspondem a 376,9 e 2660,1 kJ/kg, respectivamente.

Figura 2: Escoamento em regime estacionário através de uma turbina isolada.

Fonte: Smith; Ness; Abbott, 2007. p. 199.

Com base nesses dados, desprezando-se as variações de energia cinética e de energia potencial e considerando que a turbina foi projetada corretamente, qual a potência desenvolvida pelo dispositivo?

O ciclo de Rankine ideal para uma planta de potência simples a vapor representado no diagrama T x s, conforme ilustrado na Figura 1, é composto por quatro processos em regime permanente. Cada um dos processos está vinculado a um dispositivo: caldeira, turbina, condensador e bomba.

Figura 1: Ciclo de Rankine em um diagrama T x s.

Fonte: Smith; Ness; Abbott, 2007. p. 217.

A partir dessas informações, qual descrição a seguir NÃO representa o processo que ocorre em um desses dispositivos?