Lista 1 de Conservação de massa e energia

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ZMM 
GNE328 – Conservação de Massa e Energia 
Profa. Zuy Maria Magriotis 
Lista de Exercícios – 1 
 
1. Execute as seguintes conversões: 
a) Quantos m3 existem em 1,00 mi3? 
b) Quantos gal/min correspondem a 1,00 ft3 /s? 
 
2. Converta 
a) 0,04 g/[(min)(m3)] em lbm/[(h)(ft3)] 
b) 2 L/s em ft3/dia 
c) 6 [(in)(cm2)]/[(ano)(s)(lbm)(ft2)] em todas as 
unidades do SI 
 
3. Converta o seguinte: 
a) 60 mi/h em ft/s 
b) 50 lb/in2 em kg/m2 
c) 6,2 cm/h2 em nm/s2 
 
4. No sistema de unidades americano de 
engenharia, a viscosidade pode ter as unidades de 
(lbf)(h)/ft2, enquanto em um manual, as unidades 
são g/[(cm)(s)]. Converta a viscosidade de 20 
g/[(m)(s)] para as unidades dadas do sistema 
americano de engenharia. 
 
5. A condutividade térmica no sistema de unidades 
americano de engenharia é 
𝑘 = 
𝐵𝑇𝑈
(ℎ)(𝑓𝑡2)(°𝐹/𝑓𝑡)
 
Determine o fator de conversão para converter das 
unidades SAE nas seguintes unidades: 
𝑘𝐽
(𝑑𝑖𝑎)(𝑚2)(°𝐶/𝑚)
 
 
6. Água escoa através de um tubo de 2,0 in de 
diâmetro, com uma velocidade de 3,0 ft/s. a) Qual 
é a energia cinética da água em (ft)(lbf)/lbm? 
b) Qual é a vazão volumétrica em gal/min? 
7. A massa específica de certo líquido é dada por 
uma equação da seguinte forma: 
𝜌 = (𝐴 + 𝐵𝑇)𝑒𝐶𝑝 
 
em que ρ = massa específica (g/cm3 ), T = 
temperatura (°C), p = pressão (atm). Para essa 
equação ser dimensionalmente consistente, quais 
são as unidades de A, B e C? 
 
8. Verifique se a seguinte equação para o 
escoamento sobre uma barragem retangular é 
dimensionalmente consistente. 
 
�̇� = 0,415 (𝐿 − 0,2ℎ0)ℎ0 √2𝑔
1,5
 
 
em que �̇� = vazão volumétrica (ft3/s), L = altura da 
barragem (ft), h0 = carga da barragem (ft), g = 
aceleração da gravidade (32,2 ft/s2) 
 
9. Uma relação para uma variável adimensional, 
chamada compressibilidade (z), que é usada para 
descrever o comportamento de pressão-volume-
temperatura para gases reais, é 
 
𝑧 = 1 + 𝐵𝜌 + 𝐶𝜌2 + 𝐷𝜌3 
 
em que ρ é a massa específica em gmol/cm3. Quais 
são as unidades de B, C e D? Converta os 
coeficientes da equação para z, de modo que a 
massa específica entre na equação nas unidades 
de lbm/ft3, assim: 
 
𝑧 = 1 + 𝐵∗𝜌∗ + 𝐶∗(𝜌∗)2 + 𝐷∗(𝜌∗) 
3
 
 
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ρ* está em lbm/ft3 . Determine as unidades para B*, 
C* e D* e as equações que relacionam B* a B, C* 
a C e D* a D. 
 
10. A vazão molar de uma corrente de processo é 
dada por: 
�̇� =
12,86𝑃�̇�
𝑇
, com 𝑛 ̇ expresso em kgmol/s, P em atm, 
V em m3/s e T em K. Converta a expressão para: 
a) �̇� em kgmol/min, P em mmHg, T em °C e �̇� em 
m3/min. 
b) �̇� em lbmol/h, P em psi, T em °F e �̇� em in3/s. 
 
11. A velocidade de um fluido em um tubo em um 
escoamento turbulento é expressa pela seguinte 
equação: 
 
𝑢 = 𝑘(
𝜏
𝜌
)1/2 
em que: 
 é a tensão cisalhante em N/m2 na parede do tubo 
ρ é a massa específica do fluido, em kg/m3 
u é a velocidade em m/s 
k é um coeficiente 
 
Modificar a equação de modo que a tensão 
cisalhante (’) possa ser introduzida nas unidades 
de lbf/ft2, e a massa específica ρ’ nas unidades de 
lb/ft3. Assim, a velocidade u’ terá as unidades de 
ft/s. Mostrar todos os cálculos e fornecer a equação 
final em termos de u’, ’ e ρ’ nas unidades do 
sistema americano de engenharia. 
 
12. Em 1916, Nusselt deduziu uma relação teórica 
para prever o coeficiente de transferência de calor 
entre um vapor saturado puro e uma superfície 
mais fria: 
 
ℎ = 0,943 (
𝑘3𝜌2𝑔𝜆
𝐿µ𝛥𝑇
)1/4 
sendo: 
h = coeficiente médio de transferência de calor, 
BTU/[(h)(ft2)(°F)] 
k = condutividade térmica, BTU/[(h)(ft)(°F)] 
ρ = massa específica em lb/ft3 
g = aceleração da gravidade, 4,17x108 ft/(h)2 
λ = variação de entalpia de evaporação em BTU/lb 
L = comprimento do tubo em ft 
 = viscosidade em lbm/[(h)(ft)] 
∆T = diferença de temperatura em °F 
Quais são as unidades da constante 0,943? 
 
13. Converta: 
a) 4 gmol de MgCl2 para g 
b) 2 lbmol de C3H8 em g 
c) 16 g de N2 em lbmol 
d) 3 lb de C2H6O em gmol 
 
14. Quantas lbm existem em: 
a) 16,1 lbmol de HCl puro 
b) 19,4 lbmol de KCl 
c) 11,9 gmol de NaNO3 
d) 164 gmol de SiO2 
 
15. Uma corrente de produtos na saída de um 
reator de craqueamento catalítico apresenta a 
seguinte composição molar (% mol). Determine a 
sua composição mássica (% em massa) e a massa 
molecular média da mistura. 
 
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Componente Composição molar 
(%) 
C6H14 5 
C7H14 15 
C8H18 20 
C11H24 25 
C12H24 10 
C15H32 10 
C18H36 15 
 
16. Um gás natural apresenta a seguinte 
composição volumétrica: 
 
Componente % volume 
CH4 93,14 
C2H6 2,55 
C3H8 0,670 
C4H10 0,320 
H2S 0,120 
CO2 1,06 
N2 2,14 
 
Determine a sua composição mássica (% em 
massa) e a massa molecular média da mistura (mol 
médio). 
 
17. O calor específico do ácido acético em J/(mol 
K) é dado por Cp = 8,41 + 2,4346x10-5 T, onde T 
está em K. Converter a equação para: 
 
a) T em °R e Cp em J/(mol K) 
b) T em °F e Cp em BTU/(lbmol °F) 
c) T em °C e Cp em J/(kg °C) 
 
Respostas: 
 
1. a) 4,17x109 m3; b) 449 gal/min 
2. a) 9,14 lbm/[(h)(ft3)]; b) 6,1x103 ft3/dia; c) 
1,14x10-11m/[(kg)(s2)] 
3. a) 88 ft/s; b) 3,52x104 kg/m2; c) 4,79 nm/s2 
4. 1,16x10-7 (lbf)(h)/ft2 
5. 1,49𝑥104
𝑘𝐽
(𝑑)(𝑚2)(°𝐶/𝑐𝑚)
 
6. a) 0,14 (ft)(lbf); b) 29,37 gal/min 
7. 𝐴 = 68,4
𝐼𝑏𝑚
𝑓𝑡3
; 𝐵 = 0,0298
𝐼𝑏𝑚
(𝑓𝑡3)(°𝑅)
; 
𝐶 = 0,0000648 
1
𝐼𝑏𝑓 𝑖𝑛2⁄
 
8. (𝑓𝑡)(𝑓𝑡)1,5(
𝑓𝑡
𝑠2
)
1
2 =
𝑓𝑡3
𝑠
 
9. a) B cm3/gmol; C (cm3/gmol)2; D (cm3/gmol)3 
b) B* ft3/lbm; C* (ft3/lbm)2; D (ft3/lbm)3 
𝐵∗ = 
0,016
𝑀𝑀
𝐵 𝐶∗ = 
2,57𝑥10−4
𝑀𝑀2
 𝐶 𝐷∗ =
4,096𝑥10−6
𝑀𝑀3
𝐷 
10. a) 𝑛′ =
0,017 𝑃′𝑉′
𝑇𝑐
′+273
, b) 𝑛′ = 
0,114 𝑃′𝑉′
𝑇𝑓
′
1,8
+255,56
 
11. 𝑢′ = 5,67𝑘
𝜏′
𝜌′
 
12. 0,943 é adimensional 
13. a) 380,9 g; b) 4x104 g; c) 1,26x10-3 lbmol; d) 
29,56 gmol 
14. a) 588 lb HCl; b) 1466 lb KCl; c) 2,23 lb NaNO3; 
d) 21,7 lb SiO2 
15. 𝑀𝑀̅̅ ̅̅ ̅ = 156,6 g/mol 
16. 𝑀𝑀̅̅ ̅̅ ̅ = 17,254 g/mol 
17. a) 8,41+1,35x10-5 TR; b) 2 + 3,2x10-6 TF; c) 
140,3 + 4,06x10-4 TC