Questões de Física — Petrobras 2011

Uma corrente de água (capacidade térmica específica ), com vazão mássica de 1 kg/s, deve ser aquecida de 50 o C a 150 o C, trocando calor com uma corrente de óleo (capacidade térmica específica ), com vazão mássica de 2 kg/s a 200 o C em um trocador tubular contracorrente. Os valores dos coeficientes de convecção associados ao escoamento das correntes de água e de óleo são, ambos, iguais a . A resistência total de depósito é igual a , e os efeitos relativos à espessura da parede dos tubos podem ser desprezados. A área mínima de transferência de calor desse trocador deve ser igual a

A figura a seguir representa, em diagrama de blocos, um sistema com 3 funções de transferência . A função de transferência global entre Y(s) e X(s) é dada por

Em uma refinaria, uma bomba será responsável por transportar água (1 000 kg/m 3 ) entre duas lagoas de aeração, ao longo de uma tubulação de 90 m de comprimento e 100 mm de diâmetro. Não há diferença de elevação entre os pontos de captação e descarga da água. No escoamento, através da tubulação, o fator de atrito de Darcy pode ser estimado como 0,02. Para executar essa tarefa, está sendo avaliada a possibilidade da utilização de uma bomba com a seguinte curva característica: H(q) = 5 000q 2 100q+7 onde H é a carga hidráulica em metros e q é a vazão volumétrica em m 3 /s. Considerando-se a aceleração da gravidade como 10 m/s 2 , a relação entre o comprimento e o diâmetro da circunferência (p) como 3 e desprezando-se as perdas de carga localizadas, a vazão de operação do sistema corresponderá à solução da seguinte equação algébrica:

A figura acima representa a resposta da variável de saída a uma perturbação degrau de magnitude de 2 unidades na variável de entrada de um sistema de segunda ordem, a partir de um instante em que o processo estava em regime permanente. Com base nessas informações, conclui-se que

Ao se considerar o escoamento em regime turbulento de uma corrente gasosa através dos tubos de um trocador de calor, reconhece-se que

A energia térmica (ou calor) é a energia em trânsito que ocorre única e exclusivamente devido a uma diferença de temperatura. Ela pode ocorrer nos sólidos, nos líquidos e nos gases, basicamente por meio de três mecanismos de transferência. A esse respeito, afirma-se que

Uma instalação hidráulica deve ser construída para transportar 0,015 m 3 /s de água (massa específica = 1 000 kg/m 3 ) entre dois tanques, distantes 100 m um do outro, através de uma tubulação com 100 mm de diâmetro, conforme a figura abaixo. Nas condições do sistema, o fator de atrito de Darcy correspondente ao escoamento pode ser estimado como 0,02. Considerando-se a aceleração da gravidade como 10 m/s 2 , a relação entre o comprimento e o diâmetro da circunferência (p) como 3 e desprezando-se as perdas de carga localizadas, a potência mínima de uma bomba, com eficiência de 75%, necessária para essa instalação é aproximadamente igual a

A figura acima representa o diagrama de Bodé de um determinado sistema. Tendo-a como referência, analise as proposições a seguir. I - O sistema representado é de primeira ordem. II - O sistema representado é de segunda ordem. III - A frequência de quebra deste sistema corresponde à fase de 45 graus.

IV - O sistema representado não tem tempo morto. São corretas APENAS as proposições

Uma tubulação deve ser dimensionada para que possa transportar tanto gás natural como água com a mesma vazão mássica. Considerando-se que a temperatura e a pressão de escoamento não serão muito diferentes, em ambos os casos, o número de Reynolds obtido para

Aletas foram instaladas em uma superfície mantida a 50 o C, visando a aumentar a taxa de transferência de calor. Ao se analisar uma das aletas isoladamente, verifica-se que o(s) principal(ais) mecanismo(s) de transferência de calor envolvido(s) é(são)

A figura acima representa a resposta da variável de saída y(t) a uma perturbação degrau de magnitude de 2 unidades na variável de entrada de um processo, a partir de um instante em que o processo estava em regime permanente. Com base nessas informações, a função de transferência desse processo é

Em um forno tubular de uma refinaria, uma corrente de petróleo é aquecida por meio da queima de óleo combustível. Nesse forno, os tubos por onde escoa a corrente de petróleo são mantidos em contato com os gases oriundos da combustão a uma temperatura da ordem de 800 o C. Analisando-se o circuito térmico entre os gases de combustão e a corrente de petróleo, identifica-se a seguinte sequência de mecanismos de transferência de calor:

O Princípio de Arquimedes, conceito fundamental no estudo da hidrostática, pode ser enunciado da seguinte forma: “ Um corpo total ou parcialmente imerso em um fluido recebe desse fluido um empuxo igual e contrário ao peso da porção do fluido deslocado e aplicado no centro de gravidade do mesmo “ . Com base nesse princípio, se um cubo de gelo flutua sobre água gelada num copo, estando a temperatura dessa água próxima a 0 o C, o gelo derrete sem que haja mudança apreciável de temperatura. Nesse contexto, analise as afirmações a seguir. I - Se o cubo de gelo for uniforme, o nível da água no copo não se altera. II - Se o cubo de gelo estiver com um volume de ar aprisionado, o nível de água no copo desce. III - Se o cubo de gelo possuir uma pequena massa de ferro em seu interior, o nível de água no copo sobe. Está correto o que se afirma em

A viscosidade é uma propriedade dos fluidos relacionada a forças volumétricas de atrito interno que aparecem em um escoamento devido ao deslizamento das camadas fluidas, umas sobre as outras. Para um fluido newtoniano, a viscosidade é fixada em função do estado termodinâmico em que o fluido se encontra. A propriedade que mais influencia na viscosidade de líquidos e gases é a temperatura. Para a maioria dos fluidos industriais, à medida que a temperatura aumenta, a viscosidade

Em uma área industrial, um duto de seção reta retangular transporta uma corrente de gás a 250 o C através de um ambiente a 30 o C. Os valores do coeficiente de convecção associados ao escoamento da corrente de gás e ao movimento do ar no meio exterior são, respectivamente, . Visando a garantir a integridade física dos trabalhadores envolvidos na operação, é necessário instalar uma camada de isolamento térmico (condutividade térmica: ), de forma que a temperatura da superfície exposta para o ambiente não ultrapasse 50 o C. Considerando- se a resistência térmica condutiva na parede do duto e a perda de calor por radiação desprezíveis, a espessura mínima dessa camada de isolamento é, aproximadamente,

Considere uma viga reta, homogênea e de seção transversal constante, inicialmente na posição horizontal. A seção transversal em cada extremidade é vertical, ou seja, cada elemento longitudinal possui, inicialmente, o mesmo comprimento. A viga é fletida única e exclusivamente pela aplicação de momentos fletores, e a ação pode ser considerada elástica. Para essa situação, com as hipóteses consideradas, analise as afirmações a seguir. I - Qualquer seção plana da viga, antes da flexão, permanece plana após essa flexão. II - Existem elementos longitudinais da viga que não sofrem deformação, ou seja, alteração em seu comprimento. III - Todos os elementos longitudinais da viga encontram-se submetidos a tensões de tração. Está correto o que se afirma em

Em um secador de esteira transportadora, ar úmido na pressão de 101,325 kPa é usado para remover água de uma torta contendo um novo catalisador. O ar entra no secador nas seguintes condições: temperatura de bulbo seco = 47 o C;

temperatura de bulbo úmido = 21 o C; e vazão = 100 m 3 /min. Na saída, as condições são: temperatura de bulbo seco = 22 o C; e umidade relativa = 60%. De acordo com a carta psicrométrica a 101,325 kPa mostrada na página anterior, o ponto de orvalho e a vazão volumétrica do ar na saída do secador e a vazão de água removida da torta são, respectivamente,

O diagrama de blocos acima representa um sistema de controle por realimentação de um determinado processo, cuja variável perturbadora é designada por u(t) e sua transformada de Laplace é U(s), em termos de variável-desvio. As funções de transferência do controlador, da válvula de controle e do sensor-transmissor estão representadas, respectivamente, por Considere que o controlador é proporcional puro e de ação reversa. Na hipótese de ocorrer uma perturbação degrau de 2 unidades em u, analise as decorrências abaixo. I - A resposta da variável controlada será estável para qualquer valor de . II - Não haverá desvio permanente da variável controlada em relação ao valor desejado. III - O desvio permanente da variável controlada em relação ao valor desejado será de 2 unidades, se o valor de for igual a 4. IV - O desvio permanente na variável controlada em relação ao valor desejado será maior quanto menor for o valor do ganho do controlador. São corretas APENAS a(s) decorrência(s)

O diagrama de blocos acima representa um sistema de controle por realimentação de um determinado processo, cuja variável perturbadora é designada por u(t) e sua transformada de Laplace é U(s), em termos de variável-desvio. As funções de transferência do controlador, da válvula de controle e do sensor-transmissor estão representadas, respectivamente, por De acordo com as funções de transferência representadas no diagrama de blocos, analise as afirmativas a seguir. I - O sensor-transmissor é muito rápido se comparado ao processo e, por isso, a sua função de transferência é

representada apenas por um ganho. II - A válvula de controle é do tipo ar-abre (ou falha fechada), porque o seu ganho é positivo. III - Se , o controlador é do tipo PI, e a sua ação é reversa. Está correto o que se afirma em

Em relação à transferência de calor entre uma corrente quente e uma corrente fria em um trocador de calor, analise as afirmativas a seguir. I - Sempre haverá variação de temperatura nas correntes fria e quente, devido à transferência de calor. II - A temperatura de saída da corrente fria pode ser superior à temperatura de entrada da corrente quente em um trocador de calor contracorrente, mas nunca em um trocador co-corrente. III - Em um trocador de calor contracorrente, é possível que a diferença de temperatura entre a corrente quente e a corrente fria permaneça constante ao longo da área de transferência. IV - Em um trocador sem mudança de fase, para que a temperatura de saída da corrente quente seja igual à temperatura de saída da corrente fria, um trocador co-corrente deve possuir área infinita. V - O limite termodinâmico da taxa de transferência de calor corresponde ao produto da vazão mássica pela capacidade térmica específica da corrente fria, multiplicada pela diferença entre as temperaturas de entrada das correntes. São corretas APENAS as afirmativas

O diagrama ternário abaixo representa o equilíbrio dos componentes A e C com um solvente B, no qual as composições estão em fração mássica.

Em um processo de separação, 96 kg do componente B puro são adicionados a uma carga de 104 kg com iguais quantidades dos componentes A e C. Como resultado dessa mistura, duas fases líquidas denominadas genericamente por P e Q serão obtidas em quantidades e composições diferentes. As quantidades e composições de P e Q serão, aproximadamente,

Considere que o controlador usado no sistema representado no diagrama de blocos seja do tipo PI (proporcional + integral), cuja equação descritiva é dada por Para respostas do sistema à variação degrau, tanto na variável perturbadora como no valor de referência (set-point), com esse tipo de controlador, conclui-se que o(a)

Um determinado sistema hidráulico é formado por um trecho reto de tubulação na qual escoa uma determinada vazão de fluido em regime turbulento na região completamente rugosa. Se, nesse sistema, o diâmetro da tubulação for reduzido à metade, mantendo, no entanto, a vazão volumétrica constante, a queda de pressão por atrito será multiplicada por um fator igual a

O diagrama de blocos acima representa um sistema de controle por realimentação de um determinado processo, cuja variável perturbadora é designada por u(t) e sua transformada de Laplace é U(s), em termos de variável-desvio. As funções de transferência do controlador, da válvula de controle e do sensor-transmissor estão representadas, respectivamente, por A função de transferência em malha fechada entre a variável controlada y e a variável perturbadora u é definida por

O coeficiente global de transferência de calor de um trocador, incluindo as resistências de depósito, é igual a , e o valor correspondente da resistência total de depósito é . Na hipótese de haver condições de deposição muito mais severas, com a resistência total de depósito sendo multiplicada por 6 e mantidas as demais condições constantes, o novo valor do coeficiente global de transferência de calor será reduzido em

Caso uma bomba em operação sofra cavitação, uma das medidas que deve ser adotada para corrigir o problema é