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MARINHA DO BRASILDIRETORIA DE ENSINO DA MARINHA

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

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, semdesgrampear nenhuma folha;

2- Responda as questões utilizando caneta esferográfica azul ou preta. Não serão consideradas respostas e desenvolvimentoda 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 fordeterminado;

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, devidamenteautorizado| 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 pelaMarinha do Brasil; fazer uso de banheiro e casos de força maior, comprovados pela supervisão do certame, sem que aconteçasaida 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 dorecinto 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; ee) 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

000 A 100

13 PARTE: CONHECIMENTOS PROFISSIONAIS (VALOR: 80 PONTOS)

la QUESTÄO (10 pontos)

Uma quantidade m = 1, Okg de água pura está confinada dentro deum recipiente, fechado, de volume interno V = 0,01m3. O sistemaencontra-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 nointerior do recipiente? Justifique a sua resposta. (5 pontos)

b) | Determine o valor máximo m. da massa de água que o mesmorecipiente poderá conter, para que a água se apresente noestado 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 saturado200 1,5538 0,001157 0,12736250 3,973 0,001251 0,05013300 8,581 0,001404 0,02167

Prova : la PARTE Concurso: PS-EngNav/ 07Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA

1de37

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, OMPa200 -

- -

250 0,08700 0,05872 -

300 0,09890 0,06842 0,05884

15MPa 20MPa 25MPa300 - -

-

350 0,011470 - -

400 0,015649 0,009942 0,006004


2 de 37

Continuação da 1* Questão

Prova : li PARTE Concurso: PS-EngNav/ 07Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA

3de37


Prova : 1 a PARTE Concurso : PS -EngNav/ 0 7Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA

4de37

Continuação da la Questão

Prova : 1" PARTE Concurso: PS-EngNav/ 07Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA

5de37

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 = 0,05 W/ (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 Aq = - (AT)

e

onde AT - diferença de temperaturas nas superfícies da parede,

AT= T -T, .


6de37

Continuação da 2" Questão


7de37

Continuação da 2. Questão


8de37

3" QUESTÃO (10 pontos)

Calcule a quantidade (V2, kg) do solvente éter isopropílicopuro (componente C) que deve ser adicionada na operação deextgação líquido-líquido em único estágio de equilíbrio,esqiuematizada na figura abaixo. A solução a ser extraída (Lo = 200kg)| contém 58% em massa de ácido acético (componente A) e 42% emmassa de água (componente B) , e deseja-se um refinado Li com 45% deA. As composições mássicas do extrato (Vi, kg) e do refinado (Li,kg)| - fases em equilíbrio - já são conhecidas e estão indicadas nafigura; elas foram obtidas do diagrama triangular do equilíbriolíquido-líquido do sistema ternário ácido acético (A) - água (B) -

éter isopropílico (C) .

V2 = ? solvente C puroya2= 0

ya2= 0

yc2 = 1, O

Lo = 200 Li = ? refinadoi 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 águasão miscíveis; éter isopropílico e ácido acético são miscíveis;éter isopropílico e água são parcialmente miscíveis.


9de37

Continuação da 3 * Questão


10 de 37

Continuação da 3a Questão

Prova : la PARTE Concurso: PS-EngNav/ 07

Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA

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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, natemperatura de operação do reator tubular. Indique a unidadede 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" (OL 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/ 07Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA

12 de 37


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


13 de 37

Continuação da 4^ Questão


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


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5* | QUESTÄO (10 pontos)

Muitas reações na indústria química são do tipo oxi-reduçãoque se caracterizam por haver transferência e recepção deelétrons. A seguir estão apresentadas algumas interações propostasentre algumas substâncias:

I)Zn + HgSO4

II)I2 + NaCl

Em função da reatividade dos elementos envolvidos, as reaçõesde oxi-redução podem ou não ocorrer. Para as reações apresentadas:

a) analise cada uma e responda se ocorre a reação ou não, e osprodutos 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)


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Prova : la PARTE Concurso: PS-EngNav/ 07


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Continuação da 5 a Questão

Prova : la PARTE Concurso: PS-EngNav/ 07Prodissão: ENGENHARIA QUÍMICA

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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 deveser observado na coluna de mercúrio do medidor de pressão aíinstalado (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)


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d) Explique sobre o que se espera observar se próximo ao ponto Bfor instalada uma bomba com potência de 10700kgf.m/ s, sendomantidas a perda de carga do trecho BT, as cotas e a pressãode 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/ 07Pronssão: ENGENHARIA QUÍMICA

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Continuação da 6" Questão

Prova : la PARTE Concurso: PS-EngNav/ 07Prož issão: ENGENHARIA QUÍMICA

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Continuação da 6' Questão


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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 comoproduto 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 decarbono PCS=PCI. (4 pontos)

c) calcule a vazão (em m3/h) de CO2 emitido se ao se condensaremos fumos da combustão completa do n-butano, verifica-se apresença de 360kg/h de água. (4 pontos)

Pro ra : la PARTE Concurso: PS-EngNav/ 07


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26de37

Conbinuação da 7. Questão

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


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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 processosenvolvendo metais . A sua produção se dá por diferentes vias e umadas| principais utiliza a oxidação da amônia conforme as reaçõesdadas 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 platinae rádio com ar aquecido. A temperatura em que ocorre a reação é de920 ° C (aproximadamente) . A constante de equilíbrio das reações(1) e (2) a 627°C é 9,94x10 4.e a pressão em que essas reaçõesocorrem 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 deequilíbrio para as reações (1) e (2) . (4 pontos)

c) indique se é esperado um alto ou baixo rendimento para essasreações. Justifique. (2 pontos)

Prova : l' PARTE Concurso: PS-EngNav/ 07Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA

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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

NOTARUBRICA 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

000 A 100

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 deu. (1 ponto)

Prova : 2 a PARTE Concurso: PS-EngNavProfissão: ENGENHARIA QUÍMICA

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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-EngNavProfissão: ENGENHARIA QUÍMICA

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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 localide I (a) . (1 ponto)

Prova : 2a PARTE Concurso: PS-EngNavProfissão: ENGENHARIA QUÍMICA

33 de 37


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-EngNavProfissão: ENGENHARIA QUÍMICA

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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 noponto em que a mola está em seu comprimento natural. Calcule oponto mais baixo desse movimento de P. (2 pontos)

Prova : 2a PARTE Concurso: PS-EngNav


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63 QUESTÄO (3 pontos)

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

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

Prova : 2" PARTE Concurso: PS-EngNav


36 de 37

7a QUESTÄO (3 pontos)

As duas placas paralelas e iguais de um capacitor imerso no arestão 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


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