eq481 unidades

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EQ 481 – Introdução à Engenharia Química – Conversão de unidades 1 
Universidade Estadual de Campinas 
Faculdade de Engenharia Química 
Departamento de Tecnologia de Polímeros 
 
EQ481 – Introdução à Engenharia Química 
 
1a Lista de Exercícios: 
Conversão de Unidades e Variáveis de Processo 
 
 
1. Uma coluna de mercúrio (massa específica = 13,6 g/cm3) tem 0,12 in de diâmetro 
e 2,36 ft de altura. Calcule o peso da coluna em Newtons, em lbf e a massa em lbm. 
R: 0,7 N; 0,157 lbf; 0,157 lbm 
 
2. Faça a conversão dos seguintes valores: 
(a) 26 milhas/h para ft/s; R: 38,13 ft/s 
(b) 
kg .dia
m para 
g .s
cm 8,46
5
5
5
5
; R: 2,25 ´´1019
kg .dia
m
5
5
 
(c) 1,3 Km/s para milhas/h ; R: 2908,15 milhas/h 
(d) 300 J/min para Hp; R: 6,7´´10-3 Hp 
(e) 30 ft3 /min2 para in3/s2. R: 14,4 in3 /s2 
 
3. Uma quantidade é dada como 200 ft.lbf/min.ton. Expresse-a: 
(a) No sistema SI; 
(b) No sistema CGS. 
 
4. O “FERN” é definido como a unidade de força requerida para acelerar a massa de 
um “bung” com a aceleração da gravidade na superfície da lua (em m/s2) que é igual 
a 1/6 da aceleração normal da gravidade na Terra. 
(a) Qual o gc deste sistema? R: 
Fern
s/m.bung 63,1 2 
(b) Qual o peso de um objeto de 3 bungs na lua (em Ferns)? E na Terra? 
R: 3 Ferns; 18 Ferns 
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5. O número de Reynolds é um importante número adimensional, dado por: 
m
r 
Re
UD
= 
 onde: D = diâmetro ou comprimento; 
 U = alguma velocidade característica; 
r = massa específica do fluido; 
m = viscosidade do fluido. 
 
Calcule o número de Reynolds para os seguintes casos: 
 
 1 2 3 4 
D 2 in 20 ft 1 ft 2 mm 
U 10 ft/s 10 mi/h 1 m/s 3 cm/s 
r 62,4 lbm/ft3 1 lbm/ft3 12,5 kg/m3 25 lbm/ft3 
m 0,3 lbm/h.ft 0,14 ´ 10-4 
lbm/s.ft 
2 ´ 10-6 
centipoise (cP)* 
1 ´10-6 
centipoise (cP)* 
*1 cP = 10-2 g/cm.s 
R: 1) 1,25´´106; 2) 2,1´´107; 3) 1,9´´109; 4) 2,4´´107 
 
6. Discuta as definições de gmol, kgmol, lbmol. 
 
7. Uma libra-mol de CH4 por minuto é alimentada num trocador de calor. A quanto 
isto corresponde em quilogramas por segundo? R:0,12 kg/s 
 
8. Quantos lb-moles e lbm de (a) H2, (b) H estão contidos em 1 lb-mol de H2O? 
R: (a) 1 lb-mol; 2 lbm; (b) 2 lb-moles; 2 lbm 
 
9. Faça as seguintes conversões: 
(a) 64 g de BaMnO 4 em lbm; R: 0,14 lbm 
(b) 40 g de triclorobenzeno em lbmol; R: 4,86´´10-4 lbmol 
(c) 120 g de NaCl em gmol; R: 2,05 gmol 
(d) 105 gmol de óxido de potássio em g; R: 9891 g 
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(e) 120 gmol de NaCl em lbm; R: 15,46 lbm 
(f) 120 lbmol de NaCl em lbm ; R:7013,16 lbm 
(g) 6,02 x 1027 moléculas de etanol em kgmol. R: 10 kgmol 
 
10. Um gás combustível apresenta a seguinte composição molar: CH4 (20%), C2H6 
(5%) e CO2 (75%). Calcule a composição percentual em massa deste combustível. 
R: CH4 (8,5%), C2H6 (4%) e CO2 (87,5%) 
 
11. O que é uma equação dimensionalmente homogênea? Uma equação 
dimensionalmente homogênea é sempre válida? 
 
12. A equação: 
 
2D
 V L 
P
m14
=D 
 
é dimensionalmente homogênea? (DP é a variação de pressão, lbf/ft2; 14 é uma 
constante adimensional; L é o comprimento do tubo, ft; V é a velocidade do fluido, 
ft/s; m é a viscosidade do fluido, lbm/ft.s ; D é o diâmetro do tubo, ft.) Caso não seja, 
qual a quantidade deve ser incluída na lado direito da equação para torná-la 
homogênea? 
 
13. A equação empírica abaixo foi obtida para a queda de pressão através de um 
tipo particular de coluna de recheio: 
 
15,1
85,185,015,0
61,3
D
vN
P
rm
=D 
 
sendo: DP = queda de pressão [N/m2] 
 m = viscosidade do fluido [kg/m.s] 
 N = altura do recheio [m] 
 v = velocidade do fluido [m/s] 
 r = massa específica [kg/m3] 
 D = diâmetro da coluna [m] 
 
D 
 
 P 2 
N 
 
 P 1 
 
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(a) Quais as unidades de 3,61? 
(b) Modifique a equação de forma a utilizar dados para m, N, r, v e D no sistema 
inglês, porém continuar obtendo valores de DP em N/m2. 
 
14. O que é temperatura absoluta? Quais as escalas (unidades) que expressam este 
tipo de medida? Qual o significado físico do zero absoluto de temperatura? 
 
15. Calcule as temperaturas para todas as escalas a partir do valor dado: 
 (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) 
°F 140 1000 
°R 500 1000 
 K 298 1000 
°C -40 1000 
 
16. Converta os seguintes intervalos de temperatura: 
(a) DT = 20°C para °F, K e °R; R: 36°°F; 20 K; 36°°R 
(b) DT = 100°F para °C, K e °R. R: 55,56°° C; 100°° R; 55,56 K 
 
17. O volume de uma barra de ferro varia com a temperatura de acordo com a 
fórmula: 
 C)T(103,55100)V(cm 33 °´+= - 
(a) Quais são as unidades de 100 e 3,55×10-3? 
(b) Calcule o volume da barra em (in3) a uma temperatura de 212°F. R: 6,12 in3 
(c) Obtenha uma equação para V(in3) em função de T(°F). 
R: V(in3) = 6,1 + 1,2´´10-4 T(°°F) 
 
18. Qual a diferença entre pressão manométrica e absoluta? O que é vácuo? A 
pressão absoluta pode ser negativa? 
 
19. Transforme: 
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(a) 1250 mmHg em psia; R: 24,17 psia 
(b) 3 atm para N/cm2 ; R: 30,4 N/cm2 
(c) 100,0 cmHg para dina/m2 ; R: 1,33´´1010 dina/m2 
(d) 10 psig para mmHg (manométrica, g significa gauge); R: 517,1 mmHg 
(e) 30,0 cmHg de vácuo para atm; R:0,395 atm 
(f) 10 psig para mmHg (absoluta); R: 1277,2 mmHg 
(g) 10 mmHg (vácuo) para inHg; R: 0,39 inHg 
(h) 650 mmHg para metros de coluna de água (mca). R:8,84 mca 
 
20. A densidade do nitrobenzeno é 1,20. 
a) Calcule a massa em kg de 250 litros de nitrobenzeno. R: 300 kg 
b) Calcule a vazão volumétrica em ml/min correspondente à vazão mássica de 30 
lbm de nitrobenzeno por hora. R: 189 ml/min 
 
21. Os números de BIOT e GRASHOF são parâmetros utilizados no estudo da 
transferência de calor, sendo: 
 ( )
K
V/A h
Bi
.
= e 2
T gD
Gr
m
br D=
23
 
onde: 
T L t
Q
h
2
= Þ Coeficiente de transferência de calor convectivo; 
 
T L t
Q
K = Þ Condutividade térmica do fluido. 
Sendo que as seguintes dimensões e variáveis estão envolvidas: 
L = comprimento; 
M = massa; 
t = tempo; 
T = temperatura; 
Q = energia; 
D = diâmetro do tubo; 
V = volume; 
A = área; 
g = aceleração da gravidade; 
r = massa específica do fluido; 
EQ 481 – Introdução à Engenharia Química – Conversão de unidades 6 
m = viscosidade do fluido = 
tL
M
.
 
(a) Analise dimensionalmente o número de BIOT. 
(b) Sabendo que o número de GRASHOF é adimensional, quais são as dimensões 
de b (coeficiente de expansão térmica do fluido)? 
 
22. Exercício Computacional – O estudo de uma reação, A®P, indica que se a 
concentração inicial de A no reator é CA0 (g/L) e a temperatura da reação, T, é 
mantida constante, então a concentração de P no reator aumenta de acordo com a 
seguinte equação: 
( )tkAP eCLgC .0 1.)/( --= 
sendo que, a constante da taxa, k (s-1) é uma função somente da temperatura. 
 Para testar essa equação, foram realizados 4 experimentos que forneceram 
os seguintes resultados: 
 Experimento 1 
T = 275 ºC 
CA0 = 4,83 
Experimento 2 
T = 275 ºC 
CA0 = 12,20 
Experimento 3 
T = 275 ºC 
CA0 = 5,14 
Experimento 4 
T = 275 ºC 
CA0 = 3,69 
t(s) CP (g/L) 
0 0,0 0,0 0,0 0,0 
10 0,287 1,21 0,310 0,245 
20 0,594 2,43 0,6140,465 
30 0,871 3,38 0,885 0,670 
60 1,51 5,98 1,64 1,20 
120 2,62 8,90 2,66 2,06 
240 3,91 11,20 3,87 3,03 
360 4,30 12,10 4,61 3,32 
480 4,62 12,10 4,89 3,54 
600 4,68 12,20 5,03 3,59 
 
(a) Se a equação dada estiver correta, que tipo de gráfico fornecerá uma reta? 
(b) Para cada experimento faça um gráfico, segundo o item a, para determinar o 
valor de k. 
(c) Use os resultados da parte b para fazer uma boa estimativa do valor de k a 
275ºC. Caso houver a necessidade de se desprezar algum valor de k explique o 
motivo.