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
Prova : la PARTE Concurso: PS-EngNav/ 07Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
2 de 37
Continuação da 1* Questão
Prova : li PARTE Concurso: PS-EngNav/ 07Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
3de37
Continuação da 1* Questão
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, .
Prova : 1" PARTE Concurso: PS-EngNav/ 07Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
6de37
Continuação da 2" Questão
Prova : la PARTE Concurso: PS-EngNav/ 07Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
7de37
Continuação da 2. Questão
Prova : 1" PARTE Concurso: PS-EngNav/ 07Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
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.
Prova : 1" PARTE Concurso: PS-EngNav/ 07Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
9de37
Continuação da 3 * Questão
Prova : la PARTE Concurso: PS-EngNav/ 07Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
10 de 37
Continuação da 3a Questão
Prova : la PARTE Concurso: PS-EngNav/ 07
Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
11 de 37
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
Continuação da 4a Questão
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
Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
13 de 37
Continuação da 4^ Questão
Prova : la PARTE Concurso: PS-EngNav/ 07Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
14 de 3 7
Continuação da 4a Questão
Prova : 1" PARTE Concurso: PS-EngNav/ 07
Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
15 de 37
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)
Prova : 1" PARTE Concurso: PS-EngNav/ 07Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
16 de 37
Continuação da 5. Questão
Prova : la PARTE Concurso: PS-EngNav/ 07
Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
17 de 37
Continuação da 5 a Questão
Prova : la PARTE Concurso: PS-EngNav/ 07Prodissão: ENGENHARIA QUÍMICA
18 de 37
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)
Prova : la PARTE Concurso: PS-EngNav/ 07Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
19 de 37
Continuação da 6. Questão
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
20de37
Continuação da 6 a Questão
Prova : la PARTE Concurso: PS-EngNav/ 07Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
21 de 37
Continuação da 6" Questão
Prova : la PARTE Concurso: PS-EngNav/ 07Prož issão: ENGENHARIA QUÍMICA
22 de 37
Continuação da 6' Questão
Prova : la PARTE Concurso: PS-EngNav/ 07Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
23 de 37
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
Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
24de37
Continuação da 7 a Questão
Prova : 1" PARTE Concurso: PS-EngNav/ 07Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
25de37
Continuação da 7 a Questão
Prova : 1" PARTE Concurso: PS-EngNav/ 07Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
26de37
Conbinuação da 7. Questão
Proira : 1" PARTE Concurso: PS-EngNav/ 07
Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
27 de 37
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
28de37
Continuação da 8* Questão
Prova : la PARTE Concurso: PS-EngNav/ 07Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
29de37
Continuação da 8 a Questão
Prova : la PARTE Concurso: PS-EngNav/ 07Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
30de37
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
31 de 37
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
32 de 37
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 localide I (a) . (1 ponto)
Prova : 2a PARTE Concurso: PS-EngNavProfissão: ENGENHARIA QUÍMICA
33 de 37
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-EngNavProfissão: ENGENHARIA QUÍMICA
34 de 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 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
Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
35 de 37
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
Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
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
Profissão: ENGENHARIA QUÍMICA
37 de 37
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