ENGENHARIA QUÍMICA NÃO DESTACAR A PARTE INFERIOR INSTRUÇÕES GERAIS MARINHA DO BRASIL DIRETORIA DE ENSINO DA MARINHA PROCESSO SELETIVO:

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1 PROCESSO MARINHA DO BRASIL DIRETORIA DE ENSINO DA MARINHA PROCESSO SELETIVO PARA INGRESSO NO CORPO DE ENGENHEIROS DA MARINHA (PSEngNav/2005) ENGENHARIA QUÍMICA la PARTE INSTRUÇÕES GERAIS 1 A duração da prova será de 04 horas e não será prorrogado; 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 iniciála, interrompendo a sua execução no momento em que for determinado; 4 O candidato deverá preencher os campos: 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 defmitivamente do recinto de prova ou, nos casos abaixo especificados, 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 A redação (caso haja) deverá ser uma dissertação com idéias coerentes, claras e objetivas escritas na língua portuguesa, não podendo ser escrita em letra de imprensa. Deverá ter no mínimo 20 linhas contínuas, considerando o recuo do parágrafo, e no máximo 30 linhas. Ela não poderá conter qualquer marca identificadora ou assinatura o que implicará na atribuição de nota zero; e 10 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) utilizarse 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. 11 É PERMITIDO O USO DE CALCULADORA. 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

2 200; 32; 14; 16; la PARTE: CONHECIMENTOS PROFISSIONAIS (VALOR: 80 PONTOS) la QUESTÄO (10 pontos) A decomposição do sulfeto de mercúrio II por água régia (uma mistura de ácido clorídrico concentrado e ácido nítrico concentrado em proporções adequadas) ocorre segundo a seguinte reação de oxiredução: HgS(s) + NO3 (aq.) + Cl > [ HgCl4] 2~ (aq.) + NO2(g) + S(s) em ph< 7. Na equação química, (s) indica espécie no estado sólido, (aq.) indica espécie em solução aquosa, (g) indica espécie no estado gasoso. a) Indique qual espécie é o agente oxidante e qual espécie é o agente redutor para a reação química apresentada. (4 pontos) b) Apresente a equação balanceada. (4 pontos) c) Calcule o volume, em m3 de NO2, desprendido a 25 C e 1 atmosfera de pressão e a massa, em g, de enxofre produzida quando se utilizam 348g de sulfeto de mercúrio II. (2 pontos) Dados: 1) Massas atômicas: Hg S N O. C ) Equação dos gases ideais: pv = nrt Sendo: p = V = n = = R T = pressão; volume; número de mols; constante universal dos gases (0,082 atm.l/ mol.k); e temperatura absoluta. Prova: la PARTE Concurso: PSEngNav 1 de 31

3 Continuação da l a questão Prova: la PARTE Concurso: PSEngNav 2 de 31

4 Continuação da l a questão Prova: la PARTE Concurso: PSEngNav 3de31

5 Combustível Combustível Combustível Combustível 2 a QUESTÃO (10 pontos) Dispõemse de quatro combustíveis conforme mostrado a seguir, sendo as porcentagens apresentadas todas em massa: A: mistura gasosa com 70% de monóxido de carbono (CO) e 30% de dióxido de carbono (CO2) ; B: mistura gasosa com 60% de metano (CH4), 30% de monóxido de carbono (CO) e 10% de nitrogênio (N2) ; C: carvão coque úmido com 85% de carbono (C), 10% de água (H2O) e 5% de cinzas; D: carvão coque seco com 95% de carbono (C) e 5% de cinzas. a) Verifique se dentre os combustíveis apresentados há algum que tenha PCI (poder calorífico inferior) igual ao PCS (poder calorífico superior). Indique quais seriam e justifique. (4 pontos) b) Indique qual combustível necessita da menor quantidade de ar teórico a 25 C e latm para a combustão completa de 1kg de combustível e justifique. (3 pontos) c) Indique qual combustível apresenta maior volume de emissão de fumos a 120 C e latm numa combustão completa com a quantidade teórica de ar e justifique. (3 pontos) DADOS: Ar: 21%O2 e 79%N2 (porcentagem molar ou volumétrica). Massas atômicas: C= 12; H= 1; O= 16; N= 14. Reações de combustão: C CO2 AH=96, 7kcal/ mol; H2 + % 02 + H20 AH=68, 3kcal/ mol (água no estado líquido) ; H2 + ½ 02 + H20 AH= 57, 8kcal/ mol (água no estado de vapor) ; S SO2 AH=72,0kcal/ mol; CO + ½ 02 4 CO2 AH=67, 4kcal/ moil; Prova: la PARTE Concurso: PSEngNav 4 de 31

6 Continuação da 2 a questão CH CO2 + 2H20 AH= 212, 80kcal/mol (água no estado líquido) ; e CH > CO2 + 2H20 AH=191, 76kcal/mol (água no estado vapor). Equação dos gases ideais pv= nrt Sendo: p = V = n = R = T = pressão; volume; número de mols; 62,3mmHg.L/ mol.k ou 0,082atm.L/ mol.k; e temperatura absoluta (Kelvin=Celsius+273). PCI = PCS = PCSnr20 TOTALA EntAHi Prova: la PARTE Concurso: PSEngNav 5 de 31

7 Continuação da 2 a questão Prova: la PARTE Concurso: PSEngNav 6 de 31

8 Continuação da 2 a questão Prova: la PARTE Concurso: PSEngNav 7de31

9 Continuação da 2 a questão Prova: la PARTE Concurso: PSEngNav 8de31

10 velocidade aceleração 3a QUESTÄO (10 pontos) Dois tanques reservatórios para água estão dispostos como mostrado a seguir: Ponto E... h3 Ponto Q Ponto C. h1.nl Bomba B Ponto Tanque T1 A bomba B permite que a água saia do tanque T1 e vá para o tanque T2. O eixo da bomba B, ponto C, está a 5m acima (altura hl indicada na figura) da superfície livre do tanque T1, ponto A. A descarga no tanque T2, ponto E, ocorre na pressão atmosférica e está a 10m acima do ponto de saída da bomba. Entre o eixo da bomba, ponto C, e o ponto de saída da bomba, ponto D, há um desnível de 0,25m. Todas as tubulações apresentadas na figura têm um diâmetro interno de 250mm. A pressão na saída da bomba é de 5,4kgf/ cm2. As perdas de carga são dadas por: trecho entre os pontos A e D: 5 2/ 29 trecho entre os pontos D e E: 3v2/ 2g Sendo: v g média do fluido nos trechos indicados; e da gravidade. a) Calcule a vazão volumétrica na descarga (ponto E) do sistema e a potência requerida na bomba em kgf.m/ s. (4 pontos) Prova: la PARTE Concurso: PSEngNav 9de31

11 aceleração densidade velocidade potência trabalho perda trabalho Continuação da 3 a questão b) Calcule a vazão volumétrica na descarga (ponto E) do sistema e a potência requerida na bomba em kgf.m/ s, quando se faz a seguinte modificação no sistema: o tanque T1 fica com a sua superfície livre 5m acima do ponto de saída da bomba (ponto D) e as demais características do sistema permanecem iguais. (4 pontos) c) Compare e analise os valores obtidos nos itens a e b. (2 pontos) Dados : Equação de Bernoulli: v12 V22 P1 P2 ++ z1+ NBOMBA 225E12 2g pg 2g pg Sendo: vi g p do fluido; da gravidade (10m/ s2) do fluido (pg = y = 1000 kgf/ m3). zi H30tasa his cota; de eixo da bomba; e de carga do trecho ij. Equação para a potência da bomba: Ng = 7QHg Sendo: N3 da bomba; y = pg; e H3 de eixo da bomba. Prova: la PARTE Concurso: PSEngNav 10 de 31

12 Continuação da 3 a questão Prova: la PARTE Concurso: PSEngNav 11 de 31

13 Continuação da 3 a questão Prova: la PARTE Concurso: PSEngNav 12 de 31

14 potencial indica é indica indica indica 4. QUESTÄO (10 pontos) Uma tubulação de cobre (sem qualquer pintura) é utilizada para transportar uma solução aquosa de sulfato de ferro III [ Fe2(SO4)3] na concentração de 0,1M a 25 C. É instalado nessa tubulação um medidor de vazão construído em açocarbono. A concentração de íons de cobre na água e a de íons de Fe2+ são iguais a 10 M. a) Verifique se nas condições estabelecidas a tubulação vai corroer em virtude do contato com a solução. Justifique. (5 pontos) b) Analise a possibilidade de corrosão e o tipo de corrosão que pode ocorrer no sistema tubulação mais medidor de vazão. (5 pontos) Dados: = E Fe+3/Fe.2 O, 71V E E cu+2/ cu Fe+2/Fe = + 0, 35V = O, 44V Equação de Nernst: o 0,059 _ ared E= E lo z aos Sendo: E E z de eletrodo fora das condições padrão; o potencial de eletrodo padrão; o número de mols de elétrons do sistema eletroquímico considerado; area aos a atividade de todas as espécies que se apresentam na forma mais reduzida no sistema considerado; a atividade de todas as espécies que se apresentam na forma mais oxidada no sistema considerado; e log o logaritmo decimal. Prova: 1" PARTE Concurso: PSEngNav 13 de 31

15 Continuação da 4. questão Prova: la PARTE Concurso: PSEngNav 14 de 31

16 pressão pressão pressão frações 5. QUESTÄO (10 pontos) Uma absorvedora contínua irá operar à pressão de 760 mm Hg e à temperatura de 30 C. Ela deverá processar uma corrente gasosa (Gi) contendo 45% molar de SO2 e 55% molar de ar, sendo água pura (corrente Li) o solvente. Adote nos cálculos um teor de SO2 de 0,02kg SO2/kg água para a corrente líquida de saída (L2), e que as correntes de gás (G2) e de líquido (L2) de saída atinjam o equilíbrio. Despreze a dissolução de ar na corrente líquida. a) Calcule a % molar de SO2 na corrente gasosa de saída (G2) (3 pontos) b) Calcule a vazão de solvente Li necessária em kg de H20/ kg de corrente gasosa de entrada Gi. (7 pontos) Dados: Pesos moleculares: 64 (SO2), 18 (H2O) e 29 (ar). Pressões parciais de equilíbrio de H20 e SO2 sobre a solução 45% molar SO2/ 55% molar ar, a 760 mm Hg e 30 C: = ph2o 31, 6 mm Hg pso2 = 176 mm Hg Lei de Dalton: pi = p(yi) Lei de Raoult: pi = p* i(xi) Sendo: P pi p* i yi, total; parcial do componente i na mistura gasosa; xi de vapor da substância i pura; e molares de i nas fases gasosa e líquida, respectivamente. Sugestão: adote os símbolos G e L para vazões molares totais das correntes gasosa e líquida. Prova: la PARTE Concurso: PSEngNav 15 de 31

17 Continuação da 5 a questão Prova: la PARTE Concurso: PSEngNav 16 de 31

18 Continuação da 5a questão Prova: la PARTE Concurso: PSEngNav 17 de 31

19 constante concentração G a QUESTÄO (10 pontos) Um experimento de laboratório é realizado em um pequeno reator de batelada ("batch"), em meio aquoso e à temperatura constante. A reação é de decomposição, portanto A (reagente) à P (produto) + S (subproduto) ou A 4 P + S Concluiuse no experimento que a reação é do tipo elementar e de la ordem, e que a velocidade de decomposição do reagente A ( ra l, aqui representada em módulo) é equacionada por: = ra kca sendo: k CA cinética da reação, 0,025 min l do reagente A no meio aquoso de reação, na unidade g de A/ litro de solução. Desejase processar a mesma reação à mesma temperatura, num reator contínuo CFSTR (de mistura perfeita) de volume V 10 litros, = alimentandoo com a solução aquosa contendo 0, 5 g de A/ litro de solução, à vazão q = 0, 5 litros/ min. A operação será conduzida em estado estacionário. O meio aquoso é diluído em A, portanto podese supor que a vazão volumétrica de saída do reator é aproximadamente de 0,5 litros/ min. Pedese: a) Escreva a equação do balanço material para o componente A no reator CFSTR, relacionando as concentrações das correntes de alimentação (ca1) e de saída (ca2) do reator com as demais variáveis do problema. (6 pontos) b) Calcule a concentração do reagente A na corrente de saída do reator. (2 pontos) c) Calcule a nova vazão volumétrica de operação (q* ) deste mesmo reator, para que a concentração de saída seja reduzida a 1/ 5 da concentração de entrada. (2 pontos) Prova: la PARTE Concurso: PSEngNav 18 de 31

20 (saídas) Continuação da 64 questão Equação geral do balanço material em sistemas com reação química: (acúmulo) = (entradas) + (produção) ou (consumo) Prova: la PARTE Concurso: PSEngNav 19 de 31

21 volume entalpia entropia 7a QUESTÃO (10 pontos) Um cilindro fechado provido de pistão (sem atrito) contém inicialmente água no estado de líquido saturado. No início o pistão encontrase travado. A seguir, o pistão é destravado e a água é submetida a um processo termodinâmico reversível, sendo aquecida até atingir o estado final de vapor saturado. a) Identifique o sistema e o processo termodinâmico descrito, e liste as hipóteses a serem adotadas na resolução, se necessárias. (2 pontos) b) Calcule o trabalho transferido a cada 1 kg de massa de água. (4 pontos). c) Calcule o calor transferido a cada 1 kg de massa de água do sistema. (4 pontos) Dados: Propriedades da água saturada a 100 C: T P VLs Vvs (bar) m3/ kg m3/ kg ( C) 100 1, 014 1, , 673 T P uns uvs has hav hva ses sys ( (bar) kj/ kg kj/ kg kj/ kg kj/ kg kj/ kg kj/ kg K kj/ kg K C) 100 1, , , 5 419, , , 1 1, , 3549 Conversões de unidades: 1 bar = 103 N/ m2 ou Pa; 1kJ = 103 N.m; e T( C) + 273,15 = T(K). Sendo: T temperatura; p pressão; v h específico; específica; e s específica. Prova: la PARTE Concurso: PSEngNav 20 de 31

22 energia volume entropia líquido variação vapor Continuação da 7 * questão Índices inferiores: LS saturado; VS saturado LV para a mudança de fases líquido/vapor la lei da termodinâmica: AU = Q + W U interna total do sistema Q > 0 para calor recebido pelo sistema W > 0 para trabalho recebido pelo sistema Trabalho de expansão (Vfinai > Viniciai) para sistema fechado Vfinal (N= cte): W= pdv Sendo: Vinicial V total Calor para processo reversível Q,, = estado final TdS estado inicial Sendo: S total Prova: la PARTE Concurso: PSEngNav 21 de 31

23 Continuação da 7 a questão Prova: la PARTE Concurso: PSEngNav 22 de 31

24 8 a QUESTÄO (10 pontos) Um tubo metálico deve ser construído de maneira tal que a água ao circular em seu interior tenha sua temperatura elevada de 20 C para 60 C. Tais valores de temperatura são considerados valores médios. O tubo é bem isolado e tem diâmetro interno igual a 20mm e diâmetro externo igual a 40mm. Para proporcionar o aquecimento da água, há uma resistência elétrica que fornece 106 W/ m3 de energia. a) Liste as hipóteses necessárias para que se possa calcular o comprimento necessário de tubo para a finalidade apresentada. (3 pontos) b) Calcule o comprimento de tubo necessário, em m. (4 pontos) c) Calcule o coeficiente local de troca térmica na saída do tubo, onde a temperatura média da parede interna é de 70 C. (valor 3 pontos) Dado: O calor específico médio da água a 313K é de 4,179 kj/ (kg.k) Prova: 1* PARTE Concurso: PSEngNav 23 de 31

25 Continuação da 8* questão Prova: la PARTE Concurso: PSEngNav 24 de 31

26 PROCESSO NOME N MARINHA DO BRASIL DIRETORIA DE ENSINO DA MARINHA PROCESSO SELETIVO PARA INGRESSO NO CORPO DE ENGENHEIROS DA MARINHA (PSEngNav/2005) ENGENHARIA QUÍMICA 22 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: SELETIVO; DO CANDIDATO; e 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 _y. p. PROCESSO SELETIVO: NOME DO CANDIDATO: N DA INSCRIÇÃO DV ESCALA DE NOTA USO DA DEnsM 000 A 100

27 2 a PARTE: CONHECIMENTOS BÁSICOS (VALOR: 20 PONTOS) la QUESTÄO (2 pontos) Calcule as seguintes integrais: a) x In (x) dx (1 ponto) b) 1 x f 22,1 0 dx (1 ponto) Prova: 2a PARTE Concurso: PSEngNav 25 de 31

28 2 a QUESTÄO (3 pontos ) Calcule o valor máximo que a função f(x, y, z)=x atinge na esfera x2 2 2 Prova: 2a PARTE Concurso: PSEngNav 2 6 de 31

29 3a QUESTÄO (3 pontos) Considere o campo vetorial em R3 abaixo: F(x, y, z)= (Acos(x+ y)sin(x+ z), cos(x+ y), sin(x+ z)), sendo X um coeficiente real. a) Calcule o rotacional de F. (1 ponto) b) Determine os valores de A para os quais o campo F deriva de potencial. (2 pontos) Prova: 2a PARTE Concurso: PSEngNav 27 de 31

30 4a QUESTÃO (2 pontos) Seja f: IR2 + IR uma função contínua, que tem derivadas parciais de primeira ordem contínuas e satisfaz a relação 2fs (x, y) + fy (x, y) = 0, para todo (x, y). Sendo fx a derivada em relação a x e fy a derivada em relação a y, prove que f é constante nas retas de equação x2y= c, onde ce IR. Prova: 2a PARTE Concurso: PSEngNav 28 de 31

31 Sa QUESTÃO (4 pontos) Um cilindro sólido de massa M e raio R sujeito apenas à ação da gravidade, rola, sem deslizar, sobre um plano inclinado que forma ângulo de 30 com um plano horizontal. Inicialmente o eixo do cilindro está paralelo ao plano horizontal e o sólido está em repouso, e os pontos de contato do cilindro com o plano estão a uma altura h do plano horizontal. Suponha que a aceleração da gravidade é g e calcule a velocidade do centro de massa do cilindro quando este atinge a extremidade inferior do plano inclinado. Prova: 2a PARTE Concurso: PSEngNav 29de31

32 6a QUESTÃO (3 pontos) Uma molécula de gás que se move em linha reta com uma velocidade constante de 300 m/ seg chocase elasticamente com outra molécula de mesma massa, inicialmente em repouso. Após o choque a trajetória da primeira partícula forma um ângulo de 30 com a direção do seu movimento inicial. Determine a velocidade das moléculas após o choque. Prova: 2a PARTE Concurso: PSEngNav 30 de 31

33 7 a QUESTÄO (3 pontos) Um circuito é composto de duas chapas metálicas cilíndricas coaxiais de raios a e b (O < a < b). Cada uma das chapas é percorrida por uma corrente de intensidade I, mas em direções opostas. Fora dessas chapas não há corrente e o circuito está imerso num meio cuja permeabilidade é µ. Calcule a intensidade do campo magnético produzido por esse circuito. Prova: 2a PARTE Concurso: PSEngNav 31 de 31

34 MARINHA DO BRASIL DIRETORIA DE ENSINO DA MARINHA PROCESSO SELETIVO PARA INGRESSO NO CORPO DE ENGENHEIR OS DA MARINHA 2005 (TEXTO EM INGLÉS TÉCNICO) ENGENHARIA QUÍMICA

35 TEXTO DE INGLÊS PARA TRADUÇÃO Filtration: Definitions and Classification Filtration is the separation of a fluidsolids mixtures involving passage of most the fluid through a porous barrier which retains most of the solid particulates contained in the mixture. [...] Filtration is the term for the unit operation. A filter is a piece of unitoperations equipment by which filtration is performed. The filter medium or septum is the barrier that lets the liquid pass while retaining most of the solids; it may be a screen, cloth, _ paper, or a bed of solids. The liquid that passes through the filter medium is called the filtrate. Filtration and filters can be classified several ways: 1. By driving force. The filtrate is induced to flow through the filter medium by hydrostatic head (gravity), pressure applied upstream of the filter medium, or centrifugal force across the medium. Centrifugal filtration is closely related to centrifugal sedimentation, and both are discussed later under "Centrifuges". 2. By filtration mechanism. Although the mechanism for separation and accumulation of solids is not clearly understood, two models are generally considered and are the basis for the application of theory to the filtration process. When solids are stopped at the surface of a filter medium and pile upon one another to form a cake of increasing thickness, the separation is called cake filtration. When solids are trapped within the pores or body of the medium, it is termed depth, filtermedium, or clarifying filtration. Prova: TRADUÇÃO DE TEXTO EM INGLÊS Concurso: PSEngNav 1 de 1