ENGENHARIA QUÍMICA. NÃO DESTACAR A PARTE INFERIOR MARINHA DO BRASIL DIRETORIA DE ENSINO DA MARINHA 1"PARTE INSTRUÇÕES GERAIS

(1)

MARINHA DO BRASIL

DIRETORIA DE ENSINO DA MARINHA

PROCESSO SELETIVO PARA INGRESSO NO CORPO DE ENGENHEIROS DA MARINHA (PS-EngNav/2007)

ENGENHARIA

QUÍMICA

.

1"PARTE INSTRUÇÕES GERAIS

1- _A_duração| _{da prova será}_de₀₄_{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_al_{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

saida 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_{identißcadora}

ou assinatura,o que implicará na airibuição de nota zero;

9- Será eliminedo sumariamente do processo seletivo e as suas provas não serão levadas em consideração,o candidato que:

a) der|ou receber auxilio 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) conieter ato grave de indisciplina,

10- _{E PERMITDO 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

(2)

13 _PARTE: _{CONHECIMENTOS} _{PROFISSIONAIS}

(VALOR: 80 PONTOS)

la _{QUESTÄO (10} _pontos)

Uma quantidade m = _1, Okg de água pura está confinada dentro

de um recipiente, fechado, de volume interno V = 0,01m3. _O sistema

encontra-se em equilíbrio termodinâmico, e a sua temperatura, indicada por um termômetro, é T = 250°C.

Responda às perguntas formuladas a seguir.

a) | Para este sistema, é necessário medir também a pressão (p) para que se possa determinar qual o estado físico da água no

interior do recipiente? Justifique a sua resposta. (5 pontos)

b)

|

Determine o valor máximo

m.

_{da massa de água que} _o _mesmo recipiente poderá conter, para que a água se apresente no estado gasoso à temperatura de 250°_C. _{(5 pontos)}

Dados:

Regra das fases de Gibbs: G = C - F

+ 2 G - número de graus

de liberdade

C - número de componentes presentes

F - número de fases em equilíbrio - m3 V

(m3)

Volume específico (V): V - ₌ kg m

(kg)

sendo V - volume e m - massa Tabela 1 - Dados

retirados _{da tabela de propriedades do vapor de} água saturado

Temperatura Pressão _{Volume específico (m3/ kg)}

(°_C) _(MPa) _{do líquido} do vapor saturado saturado 200 1,5538 0,001157 _0,12736 250 3,973 0,001251 0,05013 300 8,581 0,001404 0,02167 Prova : la _PARTE Concurso: PS-EngNav/ 07 Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA

(3)

Continuação da la _Questão

Tabela 2 -

Dados retirados da tabela de propriedades do vapor de água superaquecido, a 250°_C

Temperatura Volume específico (m3/_{kg) à pressão de}

(°_C) _2,5MPa 3,5MPa 4, OMPa 200 - - -250 0,08700 0,05872 -300 0,09890 0,06842 0,05884

15MPa 20MPa 25MPa

300 - - -350 0,011470 - -400 0,015649 0,009942 0,006004 Prova : la _PARTE Concurso: PS-EngNav/ 07 Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA

(4)

Continuação da 1* _Questão

Prova : li PARTE _Concurso: _{PS-EngNav/ 07}

Profissão: _{ENGENHARIA QUÍMICA}

(5)

Prova : 1 a

PARTE _Concurso_: _PS_{-EngNav/ 0 7}

Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA

(6)

Continuação da la _Questão

Prova : _1" PARTE _Concurso: _{PS-EngNav/ 07}

(7)

2 a |QUESTÄO (10 pontos)

A parede de uma câmara fria é formada por três camadas de materiais diferentes. Cada camada é descrita a seguir, sendo adotada a nomenclatura e - espessura

e k -

condutividade térmica do _|material:

- camada

1 (interna) de chapa de compensado, com ei = _0, 01m e _ki =

0,2| W/ (m K); - camada

2 (intermediária) _{de um material isolante} _térmico, _com

e2 = _0,1m e _k2 = _0,05W/ (m K);

- camada

3 (externa) de aço, com e3 = _0, 002m e _k3 = 45W/ (m K)

Considere a parede plana e calcule a resistência global da parede _{composta à condução} _de _{calor (R)}

, para uma área unitária A = 1m2 de parede _.

Dados:

Equação da taxa do calor transmitido por condução, através de uma parede plana simples (um só material) , em estado estacionário:

k A q = -

(AT)

e onde AT -

diferença de _{temperaturas nas superfícies da} _parede,

AT= T -T, .

Prova : 1" PARTE _Concurso:

PS-EngNav/ 07 Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA

(8)

Continuação da 2" Questão

Prova : la _PARTE

Concurso: PS-EngNav/ 07 Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA

(9)

Continuação da

2.

Questão

Prova : 1" PARTE _Concurso: _PS-EngNav/₀₇

(10)

3" QUESTÃO (10 pontos)

Calcule a quantidade (V2, kg) do solvente éter isopropílico

puro (componente C) que deve ser adicionada na operação de extgação líquido-líquido em único estágio de equilíbrio, esqiuematizada na figura abaixo. A solução a ser extraída (Lo = 200

kg)| contém 58% em massa de ácido acético (componente A) e 42% em massa de água (componente B) , e deseja-se um refinado Li com 45% de

A. As composições mássicas do extrato (Vi, kg) e do refinado (Li,

kg)| - fases em equilíbrio -

já

são conhecidas e estão indicadas

na figura; elas foram obtidas do diagrama triangular do equilíbrio líquido-líquido do sistema ternário ácido acético (A) - água (B)

-éter isopropílico (C) . V2 = ? solvente C puro ya2= 0 ya2= 0 yc2 = 1, O Lo = 200 _Li = ? refinado i _estágio i xAo = _0,58 xAi = _0,45 x3e = _0,42 _xsi = _0,45 xco = 0 . _xci = 0 _, 10 Vi= ? extrato ''yai = _0,32 yai = 0 ,11 yci = _0,₅₇ Dados: Nomenclatura:

Componentes: A - ácido acético

B - água

C - éter isopropílico

x, y -

fração mássica do componente A, B ou C na fase L, V - massa total da fase

(kg)

As frações xii e yti (i é o componente) são do refinado (fase denominada L) e do extrato (fase denominada V).

Solubilidade dos componentes do ternário: ácido acético e água são miscíveis; _{éter isopropílico e ácido acético são miscíveis;} éter _{isopropílico e água são parcialmente miscíveis.}

Prova : _1" PARTE Concurso: PS-EngNav/ 07

(11)

Continuação da 3 *

Questão

Prova : la _PARTE

Concurso: PS-EngNav/ 07 Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA

(12)

Continuação da 3a _Questão

Prova : la _PARTE _Concurso: _{PS-EngNav/ 07}

(13)

4 a

|QUESTÄO (10 pontos)

Um reator tubular ideal de volume VT = 75 m3 processa um

efluente aquoso de processo, contendo um contaminante A. Na entirada do reator, _{a vazão volumétrica do efluente é q} = 6 L/s e a

concentração do contaminante é cas = 150 mg/L. _A concentração na

saída do reator é cas = 25 mg/L. _A reação de _{decomposição do}

contaminante A _{é do tipo elementar e de ordem zero.}

a) Determine o valor da constante cinética k da reação, na temperatura de operação do reator tubular. Indique a unidade de k. (4 pontos)

b) Calcule o volume Vs de _{um reator ideal de mistura perfeita} (CSTR) , considerando que ele irá operar à mesma temperatura do

reator tubular ideal, sendo alimentado com a mesma vazão volumétrica q = 6 L/ s da _solução aquosa

com concentração cas = 150 mg/_L, devendo _atingir _na _saída

a concentração cas = 25 mg/ L. (6 pontos)

Dados:

Equação da velocidade de consumo _{de A} (em módulo)

|

rx ms =_kCA"

(O

L min

k -| constante cinética da reação

n - I ordem da reação

ra - velocidade

de consumo de A, em mg/ (L min) , massa de A

consumida por min, por L da solução.

NOTA: adote as unidades L para volume e min para tempo. Equação geral do balanço de massa:

consumo (acúmulo) = (entrada} -

{

saída} - (2) ela reação Prova : la _PARTE Concurso: PS-EngNay/ 07 Profissão: ENGENHARIA _QUÍMICA

(14)

Para a reação de ordem zero processada no reator tubular ideal, foi deduzida a relação entre as concentrações de entrada e de saída, a partir da equação geral de balanço de massa:

Reator tubular e n = 0 :

c.

=

c.

-

v, (3)

onde q = q(entrada) e q (saída) pois a solução é diluída.

Prova : 1" PARTE Concurso: PS-EngNav/ 07

(15)

Continuação da 4^ _Questão

Prova : la _PARTE

Concurso: PS-EngNav/ 07

(16)

(17)

5* _{| QUESTÄO (10} _pontos)

Muitas reações na _{indústria química são do tipo} _{oxi-redução} que se caracterizam por haver transferência e recepção de elétrons. A _{seguir estão apresentadas algumas interações propostas}

entre algumas substâncias:

I)Zn + HgSO4

II)I2 + NaCl

Em função _{da reatividade dos elementos} _envolvidos, _{as reações} de oxi-redução _{podem ou não ocorrer. Para as reações apresentadas:}

a) analise cada uma e responda se ocorre a reação ou não, e os produtos formados. Justifique. (6 pontos)

b) indique, para cada reação que ocorrer, o oxidante, o redutor, o agente oxidante e _{o agente redutor. Justifique. (4 pontos)}

Prova : 1" PARTE _Concurso: _{PS-EngNav/ 07}

Profissão: ENGENHARIA _QUÍMICA

(18)

Continuação da

5.

Questão

Prova : la PARTE Concurso: PS-EngNav/ 07

(19)

Continuação da 5 a Questão

Prova : la _PARTE

Concurso: PS-EngNav/ 07 Prodissão: ENGENHARIA QUÍMICA

(20)

6.

QUESTÄO (10 pontos)

No sistema apresentado a seguir, R é um reservatório com área superficial grande. Próximo de sua base, há uma tubulação BS com diâmetro interno de 30cm. A tubulação ST é horizontal e tem diâmetro de 15cm. Esse tubo descarrega água à atmosfera com uma vazão de 540m3/h. O reservatório é alimentado de tal forma que seu nível mantém-se constante. Em relação ao nível do solo, o nível do reservatório R está a 638m acima; o ponto B está a 612m acima; a tubulação ST está a 628m acima. No trecho N -

B, a perda de carga

é desprezível. No ponto B, instala-se um medidor de pressão do

tipo manômetro em U em que se tem o mercúrio (densidade = _13, 6g/cm3) como fluido manométrico. A água

(densidade = lg/cm3) da tubulação está em contato com esse

mercúrio. Considere que g = _9, 8m/s2, pg = 1000kgf/m3

1kgf/m2 = _9, 8N/m2

a) Calcule a pressão no ponto B (em kgf/m2) e o desnível que deve ser observado na coluna de mercúrio do medidor de pressão aí instalado (em m) . (3 pontos)

b) Calcule a velocidade da água na tubulação ST. (2 pontos)

c) Calcule a perda de carga na tubulação BT. (3 pontos)

Prova : la PARTE _Concurso: _{PS-EngNav/ 07}

(21)

Continuação da

6.

Questão

d) _{Explique sobre o que se espera observar se próximo ao} ponto B

for instalada uma bomba com potência de 10700kgf.m/s, sendo

mantidas a perda de carga do trecho BT, as cotas e a pressão de descarga da tubulação ST. (2 pontos)

Sistema: tanque reservatório R

N

S T

R B

Esquema manômetro em U: Água

Mercúrio

Dados:

Equação de Bernoulli:

2g pg 2g pg

v é a velocidade; _{p é a pressão;} _{z representa a cota} _do _ponto; _g indica a aceleração da gravidade; p é a densidade do fluido que escoa; h é a perda de carga do sistema; H é a energia fornecida pelal bomba ao sistema.

Prova : 1" PARTE _Concurso: _{PS-EngNav/ 07}

Pronssão: ENGENHARIA QUÍMICA

(22)

Continuação da 6 a _Questão

(23)

Continuação da _{6" Questão}

Prova : la _PARTE

Concurso: PS-EngNav/ 07 Prož issão: ENGENHARIA QUÍMICA

(24)

Continuação da 6' Questão

Prova : la _PARTE _Concurso:

PS-EngNav/ 07 Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA

(25)

7a _QUESTÄO ₍₁₀ _pontos)

O n-butano seco é um hidrocarboneto com características combustíveis importantes . Sabe-se que seu poder calorífico superior (PCS) é 687, 98kcal/mol e seu poder calorífico inferior

(PCI) é 635,38kcal/mol.

Numa combustão incompleta do n-butano, pode surgir como produto o monóxido de carbono que tem tanto o PCS quanto o PCI

igual a 67,8kcal/ mol.

Num sistema de combustão em que todos os reagentes e produtos estejam a 27 °_C _e

1 atm, e considerando as seguintes informações: Massa atômicas: C=_12; H=_l; O=16.

Reações de combustão:

C +

|

02 4 CO2 AH=-96,7kcal/ mol;

H2 + _½ 02 -> _{H20 AH=}-68,3kcal/mol (água no estado líquido)

;

H2 + ½ 02 -+ _{H20 AH=}-57, 8kcal/mol (água no estado de vapor)

;

Equação dos gases ideais:

pV=nRT,

p=pressão, V=volume, n=número de mols, R=_62,3mmHg.L/mol.K _ou

0,082atm.L/mol.K, T=temperatura absoluta

a) explique como através da combustão do n-butano tem-se a liberação de energia. (2 pontos)

b) explique porque para o n-butano PCSWPCI e para o monóxido de carbono PCS=PCI. (4 pontos)

c) calcule a vazão (em m3/ h) de CO2 emitido se ao se condensarem

os fumos da combustão completa do n-butano, verifica-se a presença de 360kg/ h de água. (4 pontos)

Pro ra : la _PARTE _Concurso: _{PS-EngNav/ 07}

(26)

Continuação da 7 a Questão

(27)

Continuação da 7 a _Questão

Prova : 1" PARTE Concurso: PS-EngNav/07

(28)

Conbinuação da

7.

Questão

Proira : 1" PARTE Concurso: PS-EngNav/ 07

(29)

8 a QUESTÃO (10 pontos)

O _{ácido nítrico é usado como um oxidante} _na _{obtenção de} _prata,

ouro, na decapagem de latão e em vários outros processos

envolvendo metais . A _{sua produção se dá} por diferentes vias e uma das| _{principais utiliza a oxidação da amônia conforme} _as _reações dadas a seguir:

4NHå (g) + 502 (g) 4 4NO (g) + 6H20 (g) . . . (1) 2NO|(g) + O2(g) -+ _{2NO2(9)----.---...}₍₂₎

3NOy (g) + H20 (l) 4 2HNO3 (aq) + NO (g) . . . . . (3)

NH3 (g) + 02 (g) 4 _1/2 N20 (g) + 3/2 H20 (g) . . (4)

Na reação (1) , a amônia passa sobre um catalisador de platina

e rádio com ar aquecido. A _{temperatura em que ocorre a reação é de}

920 °

C (aproximadamente) . A constante de equilíbrio das reações (1) e (2) a 627°C é 9,94x10 4.e _{a pressão em que essas reações}

ocorrem é de 7 atm. Sobre tal processo:

a) explique a importância da alta pressão para as reações (1) e (2) . (4 pontos)

b) analise o significado físico do valor da constante de equilíbrio para as reações (1) e (2) . (4 pontos)

c) indique se é esperado um alto _{ou baixo rendimento para essas} reações. Justifique. (2 pontos)

Prova : l' PARTE _Concurso: _{PS-EngNav/ 07}

(30)

Prova : la PARTE _Concurso: _{PS-EngNav/ 07}

(31)

Continuação da 8 a

Questão

(32)

MARINHA DO BRASIL

DIRETORIA DE ENSINO DA MARINHA

PROCESSO SELETIVO PARA INGRESSO NO CORPO DE ENGENHEIROS DA MARINHA (PS-EngNav/2007)

ENGENHARIA

QUÍMICA

2.

PARTE

INSTRUÇÕES GERAIS

1- Você está iniciando a

_2"

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 soluçãþ 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

o _PROCESSO_SELETIVO:

NOME DO z

8

_CANDIDATO:

N°_DA_INSCRIÇÃO _DV

ESCALA DE NOTA USO DA

DEnsM

(33)

2a _PARTE: _{CONHECIMENTOS} _{BÁSICOS (VALOR:} ₂₀ _PONTOS)

la _QUESTÄO _{(2 pontos)}

Seja f(t)=etcos _t,

_t

e R.

a) Calcule

_f'

(t) . (1 ponto)

b) Considere u(x,y)=f(x+2y), x e y em R, e calcule o gradiente de

u. (1 ponto)

Prova : 2 a PARTE _Concurso: PS-EngNav

(34)

2a _{QUESTÃO (3} _pontos)

Seja F(x, y, z)= (2x+y,x+z, y+2z).

a) Calcule o rotacional de F. (1 ponto)

b) Calcule a integral de linha JF.dl,

onde y(t)= (sin t, cos t,1), 0

s:

t

s

2E. (2 pontos)

Prova : 2a _PARTE

Concurso: PS-EngNav

(35)

3a _{QUESTÃO (2} _pontos) Para 0 < _a < 1, considere 2x I (a) = _a

f[

cos (ax)-sin(ax) _]dx. O

a) | Calcule I(a). (1 ponto)

b) |Encontre os pontos de máximo local e os pontos de mínimo local ide I (a) . (1 ponto)

Prova : 2a _PARTE

Concurso: PS-EngNav

(36)

4a _QUESTÃO _{(3 pontos)}

Para n= 1,2,3, ... considere o problema de valor inicial:

yn'

_'

+ n2yn=_0, ya(0)=1,

yn' (0)=0. a) Calcule yo (x) . (1 ponto)

b) Calcule o período To de yn (x) . (1 ponto)

c) Calcule limn->o In. (1 ponto)

Prova : 2 a PARTE _Concurso: _PS-EngNav

(37)

53 _{QUESTÄO (4} _pontos)

Uma mola de constante elástica k e comprimento natural d é presa na vertical a um ponto O pela sua extremidade superior. Um ponto material P de massa a é colocado na extremidade livre da mola|. A aceleração da gravidade no local é constante e igual a g. Suponha que as únicas forças que atuam no sistema são a força elástica da mola e o peso.

a) |Determine a posição de equilibrio desse sistema. (2 pontos)

b)

_|

Considere o movimento de P que começa com velocidade vo=0 no ponto em que a mola está em seu comprimento natural. Calcule o ponto mais baixo desse movimento de P. (2 pontos)

Prova : 2a _PARTE _Concurso: _PS-EngNav

(38)

63 _{QUESTÄO (3} _pontos)

Uma máquina realizou um ciclo de Carnot usando um gás cuja temperatura no fim do ciclo é de 240 K.

Calcule a temperatura do gás no início do ciclo para ter um rendimento de 0, 25.

Prova : 2" PARTE _Concurso: PS-EngNav

(39)

7a _QUESTÄO ₍₃ _pontos)

As duas placas paralelas e iguais de um capacitor imerso no ar estão separadas por 1 mm. Qual deve ser a área das placas para que esse capacitor tenha capacitância de 1 Farad?

Dado: constante de permissividade so=8, 9 10-" Farad/m.

Prova : 2a _PARTE

Concurso: PS-EngNav