MAPA - FENÔMENOS DE TRANSPORTE - 52_2026

 

MAPA - FENÔMENOS DE TRANSPORTE - 52_2026

QUESTÃO 1

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Você foi contratado por uma empresa para realizar um diagnóstico técnico inicial em uma linha de resfriamento de uma pequena indústria química.
Você já sabe que os conhecimentos de Fenômenos de Transporte são fundamentais para tal responsabilidade. O seu papel agora é atuar como o consultor técnico responsável por transformar os cálculos teóricos em decisões estratégicas que garantam a segurança operacional, a economia de recursos e a máxima eficiência da planta. Essa consultoria foi dividida em cinco partes para melhor execução do trabalho.
 
Parte 1:
No laboratório da planta, você recebe uma amostra do fluido de arrefecimento. Os registros técnicos indicam que a densidade é 0,85 g/cm³ e sua viscosidade dinâmica é 2 cP a 20°C.
No dia a dia profissional, é comum encontrar catálogos técnicos de diferentes países com unidades variadas. Por isso, determine o peso específico e a viscosidade cinemática deste fluido no Sistema Internacional (SI). Considere a aceleração da gravidade igual a 9,81 m/s².

Parte 2:
Para monitorar o nível de um tanque de armazenamento de reagentes pressurizado, a fábrica utiliza um manômetro de tubo em U contendo mercúrio (ρHg = 13600 kg/m³). O tanque contém o fluido da Parte 1, conforme a figura a seguir.
Sabendo que o desnível observado no mercúrio é de 15 cm e que a pressão atmosférica local é de 101325 Pa, calcule a pressão manométrica e atmosférica no interior do tanque. Considere a aceleração da gravidade igual a 9,81 m/s².
Para este cálculo, desprezar a pequena coluna de gás (ar) acima do ponto A, pois seu peso específico é insignificante em comparação com o do mercúrio.


Figura 1 - Esquema da medição da pressão com manômetro de tubo em U
Fonte: gerada por Gemini em 26 mar. 2026.

Parte 3:
O fluido precisa ser transportado do tanque principal para um reator localizado em um nível superior. O tubo de saída tem um diâmetro de 100 mm e a velocidade de escoamento medida é de 2 m/s. No reator, o tubo reduz para 50 mm.
Para que o fluido vença a gravidade (elevação de 5 metros) e ainda sofra a aceleração causada pela redução do tubo, a pressão na origem (P1) deve ser obrigatoriamente superior à pressão no destino (P2). Considerando um cenário ideal (sem perdas), aplique a Equação de Bernoulli para calcular o acréscimo de pressão necessário na fonte, ou seja, o diferencial ΔP = P1 – P2.

Parte 4:
Na prática, o sistema real apresenta rugosidade nas tubulações e diversas conexões. Para determinar a potência necessária para a bomba, você deve primeiro identificar o regime de escoamento. Utilizando os dados do fluido da Parte 1 e as condições da tubulação de saída da Parte 3 (diâmetro de 100 mm e velocidade de 2 m/s), classifique o escoamento como laminar, de transição ou turbulento.

Parte 5:
O reator opera a 80°C. Para proteção e economia, as paredes de aço inoxidável são revestidas com lã de rocha (k = 0,04 W/m·K) com espessura de 5 cm (0,05 m). Considere regime permanente e que a condução de calor pela parede do isolante é unidimensional, de tal forma que a parede se assemelha a uma placa plana. As temperaturas nas faces interna e externa do isolante são 80°C e 30°C, respectivamente, conforme a figura abaixo.


Figura 2 - Condução térmica por meio da camada de isolante do reator
Fonte: gerada por Gemini em 26 mar. 2026.

Embora o reator possua uma parede estrutural de aço inox, para fins desse diagnóstico inicial, a resistência térmica da parede de aço deve ser desconsiderada, focando-se exclusivamente na transferência de calor por meio do isolante.
Calcule o fluxo de calor por meio da camada de isolante usando a Lei de Fourier.