Para determinar o número de estágios necessários de uma coluna de destilação, de maneira simplificada, pode-se utilizar o diagrama de McCabe-Thiele, como o apresentado a seguir.

Fonte: Próprio autor.

Nesse diagrama, está representada a separação dos componentes A e B em uma coluna de retificação contínua com condensação total, sendo A o componente mais volátil. No diagrama:

- x_D é a composição molar do componente A no produto de topo;

- x_W é a composição molar do componente A no produto de fundo; e

- z_F é a composição molar do componente A na alimentação da coluna.

Sobre o sistema representado, analise as afirmativas a seguir.

I. Para esse sistema, a alimentação entra como líquido saturado.

II. Considerando uma eficiência de Murphree de 0,2, seriam necessários 25 estágios reais.

III. O destilado deixa o sistema na forma de vapor.

IV. Aumentar a razão de refluxo aumenta a força-motriz da separação, o que pode reduzir o número de estágios teóricos.

Estão corretas as afirmativas

Sobre o fenômeno de cavitação em bombas durante o bombeamento de líquidos, analise as afirmativas a seguir e a relação entre elas.

I. O fenômeno de cavitação ocorre quando o NPSH_requerido se torna maior que o NPSH_disponível

PORQUE

II. nessa situação, a pressão local dentro da bomba se torna menor que a pressão de vapor do líquido que está sendo bombeado.

A respeito da relação entre essas afirmativas, assinale a alternativa correta.

A equação de Bernoulli é uma forma simplificada de representar o balanço de energia para um sistema em escoamento, em que são consideradas somente as energias de pressão, cinética e potencial gravitacional.

!$ \dfrac{P}{\rho}+\dfrac{u^2}{2}+gz=constante !$

P: pressão
!$ \rho !$: densidade do fluido
u: velocidade linear do fluido
g: aceleração da gravidade
z: altura do ponto em questão

ÇENGEL, Yunus A.; CIMBALA, John M. Mecânica dos fluidos. 3. ed. Porto Alegre: AMGH, 2015.

Um dos possíveis usos da equação de Bernoulli, na forma apresentada, é para o cálculo da velocidade de escoamento de um fluido a partir de um reservatório. No entanto, como a equação apresentada não contempla perda de carga, há uma diferença entre os valores de velocidade real e a calculada por essa equação.

Considerando-se o cálculo da velocidade de escoamento utilizando a equação de Bernoulli, em qual das situações a seguir será observado um aumento na diferença entre as velocidades calculada e a real?

No diagrama a seguir, é apresentada a curva de solubilidade do cloreto férrico (FeCl₃) em água, em função da temperatura. As composições no diagrama se encontram em percentagem mássica, e a temperatura se encontra em graus Celsius.

GREEN, D. W.; PERRY, R. H. Perry’s Chemical Engineers’ Handbook. 8. ed. New York: McGraw-Hill, 2008 (adaptado).

A partir do diagrama, analise as afirmativas a seguir.

I. Na parte esquerda do diagrama (esquerda da curva de solubilidade), é encontrada a região de uma fase, ou seja, a região em que o sistema forma uma solução homogênea.

II. A partir do diagrama, é possível dizer que, ao se misturar 79 g de cloreto férrico com 21 g de água, a 30°C, o sistema terá, aproximadamente, 50 g de solução saturada e 50 g de sólido precipitado.

III. À direita da curva de solubilidade, todo o cloreto férrico presente no sistema irá aparecer como precipitado.

Estão corretas as afirmativas

A indústria de alimentos e bebidas é uma área que se beneficia bastante da existência de enzimas. As enzimas são moléculas de proteínas capazes de atuar como catalisadores biológicos. Em alguns casos, a enzima é utilizada diretamente, como é o caso da lactase para produção de leite sem lactose e da sacarase (invertase) na fabricação de bombons com recheio líquido. Em outros casos, as enzimas aparecem no metabolismo de microrganismos adicionados ao processo, como é o caso da produção da cerveja, do vinho e do pão.

Sobre as enzimas, é correto afirmar que

Processos de separação de misturas binárias por membranas envolvem o uso de uma barreira semipermeável que permite a passagem seletiva de um componente preferencialmente em relação ao outro componente. A imagem a seguir apresenta um perfil típico de membrana densa polimérica de espessura z para separação de uma mistura gasosa binária contendo dois gases, A e B. As pressões P_A e P_B representam as pressões parciais de cada componente na alimentação (P_A1 e P_B1) e no lado contendo o que permeou (permeado – P_A2 e P_B2). Além disso, o perfil também mostra as concentrações dos dois componentes dentro da membrana (C_A e C_B).

MCCABE, Warren L.; SMITH, Julian C.; Harriott, Petter. Unit Operations of Chemical Engineering. 7. ed. Nova York: McGraw Hill, 2014 (adaptado).

O transporte de gases através de uma membrana polimérica pode ser calculado por:

!$ J_i = \dfrac{qi(P_{i1}-P_{i2})}{z} !$

em que J_i é o fluxo molar do componente i, q_i é o coeficiente de permeabilidade do componente i, e P_i1 e P_i2 são as pressões parciais do componente i na alimentação e no permeado, respectivamente. Sobre o perfil apresentado e a equação que rege o transporte de gases através de membranas, assinale a alternativa correta.

A sedimentação ou decantação é uma das operações mais comuns no processo de tratamento de efluentes líquidos industriais. Ela consiste na separação de partículas presentes em água a partir da força da gravidade, depositando essas partículas no fundo do tanque de sedimentação. Para tratamento de água, os decantadores mais utilizados são os decantadores de fluxo horizontal e os decantadores tubulares. Uma etapa prévia à decantação na maioria das estações de tratamento é a coagulação, que ocorre a partir da adição de coagulantes, como o sulfato de alumínio e compostos de ferro.

Sobre o processo de coagulação e sedimentação, analise as afirmativas a seguir.

I. A etapa de coagulação é necessária para aumentar a eficiência de remoção de partículas finas presentes no efluente líquido.

II. As partículas com densidades inferiores à da água tipicamente não são separadas por decantação, sendo necessária outra etapa de tratamento do líquido.

III. A coagulação age de forma que os íons presentes nos coagulantes interajam eletrostaticamente com as partículas em suspensão, permitindo a formação de aglomerados com maior velocidade terminal.

IV. Os tanques de sedimentação são projetados de modo a garantir baixas velocidades de ascensão do líquido dentro do equipamento, a fim de se evitar que qualquer partícula indesejável fique suspensa na água devido às forças de arraste.

Estão corretas as afirmativas

O conceito de raio crítico é fundamental para o projeto adequado de sistema de isolamentos radiais, como no isolamento de cabos de rede elétrica. Ele representa certa espessura de isolante em que a resistência à transferência de calor é minimizada. Uma representação esquemática desse sistema pode ser vista na figura a seguir, em que um cabo de cobre, de raio ri , é recoberto por um isolante, totalizando um raio total de r. A temperatura na interface entre o cabo e o isolante é Ti . Na região externa ao cabo, é passada uma corrente de ar com temperatura T∞ e coeficiente convectivo h.

BERGMAN, Theodore L.; LAVINE, Adrienne S. Incropera: fundamentos de transferência de calor e de massa. 8. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2019 (adaptado).

De acordo com o modelo de resistências térmicas em um sistema composto, como o apresentando na figura anterior, a transferência de calor total por metro de cabo é:

!$ q'=\dfrac{T_\infty - T_i}{R'_t} !$

em que q’ é a taxa de transferência de calor e R’t é a resistência total de transferência de calor pelo sistema, considerando a resistência por condução no isolante e a resistência por convecção na superfície do isolante. O gráfico representado na figura apresenta exatamente como o valor de R’t varia com a espessura do isolante ( r – ri ). Sobre esse sistema e o comportamento do gráfico, assinale a alternativa correta.

Considere os dois sistemas fechados a seguir, contendo um gás ideal. Ambos passarão por um processo de aquecimento e receberão a mesma quantidade de calor Q, sendo que o processo no sistema da esquerda ocorrerá dentro de um sistema rígido a volume constante, enquanto que o processo no sistema da direita ocorrerá a uma pressão constante dentro de um cilindro-pistão (fronteira superior pode se mover livremente).

Fonte: Próprio autor.

Com base nos conceitos da primeira lei da termodinâmica (!$ \Delta U = Q+W) !$), que diz que uma variação de energia interna (U) em um sistema fechado é igual à soma do calor (Q) e do trabalho (W), analise as afirmativas a seguir.

I. O sistema a volume constante apresentará uma maior variação de temperatura, já que a variação da energia interna será maior.

II. O sistema a pressão constante não exercerá trabalho sobre a vizinhança, já que apenas a pressão atmosférica irá se contrapor ao movimento do pistão.

III. O calor recebido pelo sistema a pressão constante se converterá apenas em aumento de volume do gás, e o processo será isotérmico, tendo em vista que o pistão pode se mover livremente.

Está(ão) correta(s) a(s) afirmativa(s)

Processos oxidativos avançados (POA) são utilizados em processos de remoção de contaminantes da água visando transformar quimicamente compostos de forma que eles sejam destruídos. Esses processos geram um radical hidroxila (OHº) que é altamente reativo e participa como agente oxidante para a destruição de produtos químicos orgânicos. Um exemplo de reação está apresentado a seguir.

!$ OHº+R \rightarrow produtos !$

Na equação anterior, R representa um contaminante qualquer presente na água e os produtos são compostos que podem ser separados em um pós-tratamento. O tempo de meia vida de um composto orgânico durante um POA representa o tempo que leva para a concentração C de um composto cair pela metade em relação à concentração inicial C0 e pode ser calculado da seguinte forma:

!$ C=C_0e^{-kt} !$

sendo t o tempo de reação e k uma constante do processo que pode ser calculada por uma constante kr , relacionada com o composto a ser oxidado, e a concentração do radical hidroxila !$ C_{OHº} !$ da seguinte forma:

!$ k=k_rC_{OHº} !$

Considerando que um biorreator utilizará POA para remoção do tricloroetileno !$ (k=4,2 \times 10º L/mol.s) !$ com uma concentração de radical hidroxila igual a !$ 10^{-11} !$ mol/L, e assumindo que !$ ln(2) \approx 0,7 !$, o tempo de meia vida do tricloroetileno nesse biorreator será de