Upload
lamquynh
View
212
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
MARINHA DO BRASIL
DIRETORIA DE ENSINO DA MARINHA
PROCESSO SELETIVO PARA INGRESSO NO CORPO DE ENGENHEIROS DA MARINHA
(PS-EngNay/2008)
ENGENHARIA QUÍMICA
1. PARTEINSTRUÇÕES GERAIS
1- A duração da prova será de 04 horas e não será prorrogada, Ao término da prova, entregue o caderno ao Fiscal, sem
desgrampear nenhuma folha;2- Responda as questões utilizando caneta esferográfica azul ou preta. Não serão consideradas respostas e desenvolvimento
da questão a lápis. Confira o número de páginas de cada parte da prova;3- Só comece a responder a prova ao ser dada a ordem para iniciá-la, interrompendo a sua execução no momento em que for
determinado;4- O candidato deverá preencher os campos:
- PROCESSO SELETIVO/CONCURSO; NOME DO CANDIDATO; NÚMERO DA INSCRIÇÃO e DV;5- Iniciada a prova, não haverá mais esclarecimentos. O candidato somente poderá deixar o seu lugar, devidamente
autorizado pelo Supervisor/Fiscal, para se retirar definitivamente do recinto de prova ou, nos casos a seguir especifi-
cados, devidamente acompanhado por militar designado para esse fim: atendimento médico por pessoal designado pela
Marinha do Brasil; fazer uso de banheiro e casos de força maior, comprovados pela supervisão do certame, sem que aconteça
saída da área circunscrita para a realização da prova.
Em nenhum dos casos haverá prorrogação do tempo destinado à realização da prova e, em caso de retirada definitiva do
recinto de prova, esta será corrigida até onde foi solucionada;6- A solução deve ser apresentada nas páginas destinadas a cada questão;7- Não é permitida a consulta a livros ou apontamentos;8- A prova não poderá conter qualquer marca identificadora ou assinatura, o que implicará na atribuição de nota zero;9- Será eliminado sumariamente do processo seletivo e as suas provas não serão levadas em consideração, o candidato que:
a) der ou receber auxílio para a execução de qualquer prova;b) utilizar-se de qualquer material não autorizado;c) desrespeitar qualquer prescrição relativa à execução das provas;
d) escrever o nome ou introduzir marcas identificadoras noutro lugar que não o determinado para esse fim; e
e) cometer ato grave de indisciplina.10- E PERMITIDO O USO DE CALCULADORA E REGUA SIMPLES.
NÃO DESTACAR A PARTE INFERIOR
RUBRICA DO PROFESSOR ESCALA DE NOTA USO DA DEnsM
000 A 100
PROCESSO SELETIVO:
NOME DO CANDIDATO:
N° DA INSCRIÇÃO DV ESCALA DE NOTA USO DA DEnsM
000 A 100
la PARTE: CONHECIMENTOS PROFISSIONAIS (VALOR: 80 PONTOS)
la QUESTÄO (10 pontos)
O refervedor de uma coluna de destilação é um trocador de
calor de casco e tubos. A área externa dos tubos é de A = 45m2 ecoeficiente global de troca de calor estimado é de
U = 200 kcal/h m2 °C.
Nomenclatura
coluna La - corrente líquida do
de V fundo da coluna; líquido
destilação C Visaturado
vapor de' agua Vs.1 - corrente vaporizada que
refervedor retorna à coluna; vapor
condensado saturado
VA - corrente de vapor saturadoLa produto
de fundo de água que fornece calor
Fundo da coluna de destilação e o ao refervedor
refervedor
Do lado interno dos tubos condensa vapor de água saturado a
9 bar. No lado casco passa a corrente líquida que após vaporização
retorna à coluna como a corrente Vs.i.A coluna processa uma mistura aquosa, e a corrente La pode ser
considerada praticamente água pura. A pressão no fundo da coluna é
de 1,2 bar.
Prova: 1* PARTE Concurso: PS-EngNav/ 08
Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
1 de 32
Continuação da la questão
Dados: propriedades da água líquida e vapor de água na saturação
Pressão Temperatura Entalpia específica (kJ/kg)
(bar) (°C) líquido evaporação vapor
1,2 104,8 439,4 2244,1 2683,5
9,0 175,4 742,6 2029,5 2772,1
Conversão de unidades: 1 J corresponde a 0,239 cal
Para o refervedor descrito, calcule:
a) a taxa de calor qr (kcal/h) . (4 pontos)
b) a vazão da corrente de vapor de água Va (kg/h) . (3 pontos)
C) a vazão da corrente VH+ 1 (kg/h) que retorna à coluna.
(3 pontos)
Prova: la PARTE Concurso: PS-EngNav/ 08
Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
2 de32
Continuação da l a questão
Prova: la PARTE Concurso: PS-EngNav/ 08
Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
3de32
2a QUESTÃO (10 pontos)
Um cilindro provido de pistão sem atrito contém N = 20 moles
de um gás ideal. No início o gás está à pressão pi = 1 bar e
temperatura T1 = 400 K.
cilindro Gás ideal: pV = NRT
R = 8,314 J/mol.KGás ideal'
compressão Cp = Cy + R
N = Cte /valor de cp = 40 J/mol.K
aquecimento
O gás sofre compressão recebendo um trabalho W = 100 kJ, e
aquecimento recebendo um calor Q = 14 kJ; no final, atinge um
estado descrito por T2 e P2. Considere este processo global
realizado em duas etapas hipotéticas descritas a seguir:
Etapa 1: compressão isotérmica (Ti = Cte) a partir do estado
descrito por T1 e pi, até atingir um estado intermediário descrito
por T1 = T1 e p1 = 92. Trabalho W1 e calor Q1-
Etapa 2: aquecimento isobárico (p1 = P2 = cte) , até atingir o
estado final descrito por T2 e 92. Trabalho W2 e calor 02.
Nota: o índice I define o estado intermediário, hipotético.
Para o processo global, o trabalho W e o calor Q serão dados
pela soma das parcelas das etapas: W = W1 + W2 e Q = Qi + 02.
Prova: la PARTE Concurso: PS-EngNav/ 08
Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
4 de 32
Continuação da 2 a questão
Dados:
la lei da termodinâmica: AU = Q + W
U - energia interna total do sistema
Q > 0 para calor recebido pelo sistema
W > 0 para trabalho recebido pelo sistema
Variação da energia interna do gás ideal, para sistema fechadoTfinal
(N = cte) : Use - U essi
= N c,dT
Tinicial
c, - capacidade calorífica específica molar, à volume cte.
cp - capacidade calorífica específica molar, à pressão cte.
Trabalho de compressão (Vrinai < Viniciai) para sistema fechado (N =
Vfinal
cte): W = - pdV
Vinicial
Equacione, em função da temperatura T2 e pressão p2,
referentes ao estado final do processo global:
a) os termos de trabalho e de calor para a etapa 1. (4 pontos)
b) Os termos de trabalho e de calor para a etapa 2. (2 pontos)
c) Calcule o valor da temperatura T2 (K) . (3 pontos)
d) Calcule o valor da pressão p2 (bar) ou deduza a equação para o
cálculo da pressão p2. (1 ponto)
Prova: 1" PARTE Concurso: PS-EngNav/ 08
Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
5 de 32
Continuação da 2 a questão
Prova: la PARTE Concurso: PS-EngNav/ 08
Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
6de32
Continuação da 2a questão
Prova: la PARTE Concurso: PS-EngNav/ 08
Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
7de32
3a QUESTKO (10 pontos)
Água escoa em um filtro de areia com velocidade de filtração
de 1,15 litros/ s por 1 m2 da seção do leito. Os dados sobre a areia
e o leito do filtro são: peso específico = 2, 65; fator de forma
? = 0,82; porosidade do leito e = 0,45; altura do leito L = 0,75m.
A distribuição granulométrica da areia do filtro é dada na
tabela, onde constam a % retida na peneira (X) e o diâmetro médio
da partícula (Dp) para cada uma das 7 (sete) partes da areia
peneirada.
Tabela da distribuição granulométrica da areia do filtro e
resultados dos cálculos auxiliares
X (% ) Dp (m) Nae Co Co x/Dp
1 9,5 0,0008785
2 26,30 0,0005422
3 30,10 0,0004572
4 20,64 0,0003834
5 7,09 0,0003225
6 3,19 0,0002707
7 3,18 0,0002274
Somatória =
Prova: la PARTE Concurso: PS-EngNav/ 08
Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
8de32
Continuação da 3 a questão
Para o cálculo da perda de carga (AP) da água pelo leito de
areia, é fornecida a equação de Rose (eq. 1) , que leva em conta a
variação do tamanho da partícula no leito.
Dados:
Equação de Rose para a perda de carga através do leito poroso, em
função da distribuição granulométrica:
A P 1,067 y Ce x
L y g s D,
onde é feita a somatória para todas as partes da distribuição
granulométrica.
AP - perda de carga, m de coluna de água
L - altura do leito, m
g - aceleração da gravidade, g = 9,806 m.s-2
s - porosidade do leito
V - fator de forma da partícula
vs - velocidade, m.s-3· (é a vazão volumétrica dividida pela seção
transversal vazia do leito)Dp - diâmetro médio da partícula, m
x - fração retida na peneira, x = X/ 100
Co - coeficiente de arraste, a equação de cálculo depende da faixa
do número de Reynolds do escoamento no leito (Nae)
24para Nae < 1 Ce = - (2)
Na,
24 3para 1< Nae < 104 Ce = - + + 0,34 (3)
TV, D,N, = --- (4)
y
v - viscosidade cinemática da água, 9.10-7 m2/ s
Responda às questões enunciadas a seguir.
a) Calcule o número de Reynolds, o coeficiente de arraste e o
termo fracionário Co x/Dp para cada tamanho de partícula,
preenchendo os resultados nas colunas da tabela. (7 pontos)
b) Calcule a perda de carga (AP) da água no leito. (3 pontos)
Prova: la PARTE Concurso: PS-EngNav/ 08
Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
9de32
Continuação da 3 a questão
Prova: la PARTE Concurso: PS-EngNav/ 08
Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
10 de 32
4 a QUESTÄO (10 pontos)
O esquema 1 ilustra um processo simples de aquecimento
contínuo de um líquido, em tanque agitado com serpentina de vapor.
Deseja-se controlar a temperatura do líquido de saída.
LÍQUIDO
(entrada)misturador
válvula LÍQUIDO(saída)
VAPOR
Controlar atemperaturadeste líquido
Esquema de um processo simples de aquecimento
Esquema 1
a) Desenhe no esquema 2 fornecido na próxima página, um sistema
de controle "feedback", indicando os elementos de controle
necessários. (6 pontos)
b) Explique sucintamente o funcionamento do sistema de controle
que desenhou no esquema 2 . (4 pontos)
Prova: la PARTE Concurso: PS-EngNav/ 08
Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
11 de 32
Continuação da 4 * questão
Esquema 2 - DESENHE o sistema de controle "feedback" USANDO ESTA
FIGURA
Prova: la PARTE Concurso: PS-EngNav/ 08
Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
12 de 32
Continuação da da questão
Prova: la PARTE Concurso: PS-EngNav/ 08
Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
13 de 32
5 a QUESTÃO (10 pontos )
Uma tubulação de aço-carbono, a ser utilizada num trocador de
calor do tipo duplo tubo, foi submetida a um teste de corrosão
para avaliação. A tubulação de aço foi revestida internamente com
uma camada de 2cm de espessura de zinco metálico. Optou-se passar
a solução pelo tubo interno do trocador. Essa solução apresentou
para o metal uma densidade de corrente de corrosão de 10mA/m2.
Considerando-se como informações:
Lei de Faraday: MF = KIt
Onde:
M = perda de massa do metal que reage;
F = constante de Faraday = 96500 coulombs;
K = equivalente eletroquímico do metal;
I = Intensidade de corrente em Ampère;
t = tempo em segundos .
Perda de espessura: mpy = 534V/ p.
Onde:
mpy = perda de espessura do metal em milipolegadas por ano;
V = velocidade de corrosão (Perda de massa em mg) / (Tempo em
dias.Área em cm2)
p = massa específica do metal em g/ cm3
1polegada = 2,54cm
p (zinco) = 7,13g/ cm3,
Massa atômica do zinco: 65,4g/mol
Zn *+ 2e Zn
a) Verifique se a tubulação resiste por 1 ano (= 365 dias).
(6 pontos)
b) Justifique se a escolha de passar a solução pelo tubo interno
foi a melhor em termos de corrosão. (4 pontos)
Prova: la PARTE Concurso: PS-EngNav/ 08
Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
14 de 32
Continuação da S a questão
Prova: la PARTE Concurso: PS-EngNav/ 08
Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
15 de 32
Continuação da 5a questão
Prova: la PARTE Concurso: PS-EngNav/ 08
Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
16 de 32
6a QUESTÃO (10 pontos)
As reações de hidratação e desidratação são comuns na química
orgânica para se gerarem novos compostos. A desidratação de
álcoois e de ácidos carboxílicos é freqüente. Considere o ácido
etanóico (ácido acético) que passa por uma desidratação.
a) Indique qual o tipo de composto orgânico é formado por essa
reação. (4 pontos)
b) Escreva a reação de desidratação balanceada. (3 pontos)
c) Calcule quanto de ácido é necessário para se obterem 204g de
composto final. (3 pontos)
Dados:
Massas atômicas: C = 12, H = 1, O = 16
Prova: 1. PARTE Concurso: PS-EngNav/ 08
Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
17 de 32
Continuação da 6a questão
Prova: la PARTE Concurso: PS-EngNav/ 08
Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
18 de 32
7. QUESTÄO (10 pontos)
Acetona deve ser absorvida de uma corrente de ar, usando-se
uma coluna de pratos. Emprega-se um óleo não volátil para esse
fim. A corrente de gás tem vazão de 100kmols/h.m2 e tem 5% molar de
acetona. A corrente de óleo é isenta de acetona. Na base da torre,
a solução de óleo e acetona contém 1% molar de acetona. A relação
de equilíbrio acetona-óleo é yAi = 1, 9xAi. Deve-se absorver 90% da
acetona. Para determinar o número de estágios reais, emprega-se a
expressão dada a seguir:
In ^"+ , -mXAa(1-1/ A)+ 1/ AYaa-n1XAa
N= -
InA
onde:N = número de estágios;
Yan.1 = razão molar soluto/ solvente na base da torre (para o gás) ;
YAa = razão molar soluto/ solvente no topo da torre (para o gás) ;
XAa = razão molar soluto/solvente no topo da torre (para o
líquido) ;m = constante de equilíbrio.
A = Ls/ (mGs) em que Ls é o fluxo molar de solvente; Gs é o fluxo
molar de gás e m é a constante de equilíbrio.
Sendo a eficiência do processo de 65% ,complete a tabela a
seguir que permite calcular o número de estágios reais para este
processo.
Yan+1
XAa
m
A ____
Prova: la PARTE Concurso: PS-EngNav/ 08
Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
19 de 32
Continuação da 7 a questão
Prova: la PARTE Concurso: PS-EngNav/ 08
Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
20 de 32
Continuação da 7 a questão
Prova: la PARTE Concurso: PS-EngNav/ 08
Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
21 de 32
Sa QUESTÄO (10 pontos)
Para bombear água entre dois tanques que estão em desnível,
utiliza-se uma bomba centrífuga que fornece uma vazão de 0, 5m3/min.
O diâmetro de toda a tubulação é de 10 cm. O fator de atrito da
tubulação é igual a 0,018. A viscosidade cinemática da água nas
condições do escoamento é 10-6 m2/ s. Ambos os tanques estão à
pressão atmosférica. Um esboço do sistema encontra-se a seguir.
T1, T2, T3, T4 e T5 indicam os trechos de tubulação a serem
considerados e possuem os seguintes comprimentos: T1 = 3m;
T2 = 100m; T3 = 80m; T4 = 60m; T5 = 0,5m.
T4
I T5
Bomba T3 | |T2
T1
Tanque 2
Tanque 1
Prova: la PARTE Concurso: PS-EngNav/ 08
Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
22 de 32
Continuação da 8 a questão
Dado:
Equação de Bernoulli:
áv2 Ap-+ gsz+ -+ W+ 1wf= 0
2 p
Onde:aV2 = Variação de velocidade no escoamento;
az = variação de cotas;
g = aceleração da gravidade = 10m/ s2
ap = variação de pressão;p= massa específica do fluido = 1000kg/ m3.
W = potência da bomba;
lwf = perdas por atrito, onde
Lv2lwf= f-2
D 2f = fator de atrito;
L = comprimento da tubulação;
V2 = velocidade no ponto de saída do fluido.
a) Calcule a potência necessária para o processo, desprezando as
perdas no sistema. (4 pontos)
b) Calcule a potência necessária para o processo, considerando
as perdas na tubulação. (6 pontos)
Prova: la PARTE Concurso: PS-EngNav/ 08
Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
23 de 32
Continuação da 8 a questão
Prova: la PARTE Concurso: PS-EngNav/ 08
Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
24 de 32
Continuação da 8a questão
Prova: la PARTE Concurso: PS-EngNav/ 08
Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
25 de 32
MARINHA DO BRASIL
DIRETORIA DE ENSINO DA MARINHA
PROCESSO SELETIVO PARA INGRESSO NO CORPO DE ENGENHEIROS DA MARINHA
(PS-EngNav/2008)
ENGENHARIA QUÍMICA
2a PARTE
INSTRUÇÕES GERAIS
1- Você está iniciando a 2a parte da prova (parte básica);
2- Confira o número de páginas desta parte da Prova;
3- O candidato deverá preencher os campos:- PROCESSO SELETIVO;- NOME DO CANDIDATO; e- N° DA INSCRIÇÃO e DV.
4- A solução deve ser apresentada nas páginas destinadas a cada questão; e
5- Não é permitida a consulta a livros ou apontamentos.
NÃO DESTACAR A PARTE INFERIOR
NOTA
RUBRICA DO PROFESSOR ESCALA DE USO DA DEnsM
000 A 100
PROCESSO SELETIVO:
NOME DO
CANDIDATO:
NOTA USO DA DEnsMo -- No DA INSCRIÇÃO DV ESCALA DE
oooA100
2a PARTE: CONHECIMENTOS BÁSICOS (VALOR: 20 PONTOS)
la QUESTÄO (4 pontos)
Uma chapa quadrada de lado 6 cm tem vértices A= (0,0),
B= (6, 0) ,C= (6, 6) e D= (0, 6) . Uma partícula P2 de massa m parte do
vértice A, no instante to= 0, em movimento retilíneo em direção ao
centro da placa, com velocidade constante v de módulo 1 cm/ seg . Ao
atingir o centro da placa, P2 choca-se com duas outras partículas
P2 e P3, ambas de massa m. Após o choque Pi fica em repouso,
P2 move-se com velocidade constante v2 paralelamente ao lado AB
aproximando-se de CD, enquanto P3 move-se com velocidade constante
v3 paralelamente a AD na direção de BD. Suponha que o sistema dado
é isolado.
a) Determine a equação horária de P2 no movimento entre A e o
centro da placa. (1 ponto)
b) Calcule o tempo gasto por P2 para ir de A até o centro da
placa. (1 ponto)
c) Calcule as velocidades v2 e v3 de P2 e P3 após o choque.
(2 pontos)
Prova: 2a PARTE Concurso: PS-EngNav/ 08
Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
26de32
2 a QUESTÃO (3 pontos)
Um elétron de 10eV gira com velocidade v= (1.9)x106 m/ seg num
plano perpendicular a uma indução magnética de 10-4 weber/m2
Dados: massa do elétron: m= (9.1)x10-31kg
intensidade da carga do elétron: q= (1.6)x10-19C
a) Determine o raio da órbita. (1 ponto)
b) Calcule a freqüência do elétron. (1 ponto)
c) Determine o sentido da rotação do elétron visto por um
observador que olha na mesma direção e sentido do campo
magnético. (1 ponto)
Prova: 2a PARTE Concurso: PS-EngNav/ 08
Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
27 de 32
3a QUESTÄO (3 pontos)
Um recipiente cilíndrico contém 20 gramas de um gás de calor
específico co= 0.169 cal/g°C. Um âmbolo move-se verticalmente no
recipiente e através dele distribuem-se forças perpendiculares de
intensidade 60 N enquanto o volume do gás é reduzido
adiabaticamente. Supondo que o embolo deslize 10cm, determine a
variação da temperatura do gás .
Dado: 1J=0.24cal.
Prova: 2a PARTE Concurso: PS-EngNav/ 08
Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
28 de 32
4 a QUESTÃO (2 pontos)
Considere f (x) = sin x e g: R -+ R uma função derivável tal que
g' (0)=2.
a) Considere h(x)=g(f(x)) e calcule h'(0). (1 ponto)
b) Calcule xf (x2) dx. (1 ponto)
Prova: 2a PARTE Concurso: PS-EngNav/ 08
Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
29de32
5a QUESTÄO (2 pontos)
Seja H: [ -R, R] -+ R, definida por H(x)= -1, se -R 5 x < 0,
H(x)= 1, se O i x 5 R.
Determine a expansão em série de Fourier de H(x).
Prova: 2a PARTE Concurso: PS-EngNav/ 08
Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
30 de 32
6. QUESTÃO (3 pontos)
Sejam P(x, y)=2xy, Q(x, y)=y+x2
8 0 o Pa) Calcule V(x, y) = -(x, y) - -(x, y) . (1 ponto)
8 x 8 y
b) Considere F(x, y)= (P(x, y), Q(x, y)) e calcule a integral de
linha JF.dl, onde c é o contorno do trapézio de vértices
C
A= (0,1), B= (17,1), C= (5,0) e D= (0,0), percorrido uma vez no
sentido anti-horário. (2 pontos)
Prova: 2a PARTE Concurso: PS-EngNav/ 08
Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
31 de 32
7 a QUESTÄO (3 pontos )
Considere a tabela da função f (x)
x 0 1 2 | 3
f(x) -1 | a+ 1 1 a+3
onde a é um parâmetro real.
a) Calcule f (x) dx pelo método de Simpson. (1, 5 ponto)
b) Calcule o valor do parâmetro a para o qual o grau do polinômio
interpolador da tabela acima é o menor possível. (1,5 ponto)
Prova: 2a PARTE Concurso: PS-EngNav/ 08
Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
32 de 32