Sobre escoamento externo de um fluido sobre uma superfície e sobre escoamento dentro de tubulações, analise as afirmações abaixo e, em seguida, escolha a alternativa correta.
- No escoamento laminar de um fluido sobre placa plana, para fluidos com número de Prandtl pequeno (menor que 0,05 ), o desenvolvimento da camada limite de velocidade é muito mais rápido do que o desenvolvimento da camada limite térmica.
- No escoamento termicamente plenamente desenvolvido de um fluido com propriedades constantes dentro de uma tubulação, o coeficiente convectivo local de transferência de calor varia com o comprimento da tubulação.
- No escoamento cruzado de um fluido em feixes tubulares, apenas arranjos alternados são recomendáveis quando a relação entre passo transversal e passo longitudinal é inferior a 0,7 .
- Para fluidos com número de Prandtl elevado, como óleos, o comprimento de entrada fluidodinâmico é muito menor do que o comprimento de entrada térmico, para escoamento turbulento.
a) 3 e 4 corretas;
b) 4 correta;
c) 1 e 2 corretas;
d) 3 correta;
e) Todas incorretas.
a) 3 e 4 corretas;
b) 4 correta;
c) 1 e 2 corretas;
d) 3 correta;
e) Todas incorretas.
Passo 1
O enunciado pede que a gente avalie quatro afirmações relacionadas a escoamento sobre placa plana, escoamento interno em tubo e escoamento cruzado em feixes tubulares, considerando efeitos do número de Prandtl e configurações de arranjo de tubos. Vamos checar cada afirmação à luz da teoria de camadas‐limite, escoamentos plenamente desenvolvidos e arranjos em feixe tubular.
Passo 2
Analisando a afirmação 1:
No escoamento laminar sobre placa plana a espessura da camada‐limite de velocidade cresce como
No escoamento laminar sobre placa plana a espessura da camada‐limite de velocidade cresce como
e a camada‐limite térmica como
Para
tem
, logo
. Isso significa que a camada térmica se desenvolve mais rápido (fica mais espessa) que a de velocidade. A afirmação dizia o contrário, portanto é falsa.
Passo 3
Analisando a afirmação 2:
Em escoamento termicamente plenamente desenvolvido dentro de tubo com propriedades constantes, o número de Nusselt local já atinge um valor constante e, consequentemente, o coeficiente de convecção
não varia com o comprimento do tubo. Logo a afirmação é falsa.
Em escoamento termicamente plenamente desenvolvido dentro de tubo com propriedades constantes, o número de Nusselt local
Passo 4
Analisando a afirmação 3:
Em escoamento cruzado sobre feixes tubulares, quando a razão entre passo transversal e passo longitudinal
é muito pequena (tipicamente
), o arranjo alternado (staggered) é recomendado porque melhora a troca térmica e reduz zonas mortas de fluxo. Portanto a afirmação é verdadeira.
Em escoamento cruzado sobre feixes tubulares, quando a razão entre passo transversal
Passo 5
Analisando a afirmação 4:
Para elevado (óleos), em escoamento turbulento dentro de tubo, o comprimento de entrada hidrodinâmico é da ordem de
, enquanto o comprimento de entrada térmico cresce aproximadamente como
, que é muito maior para
. Assim o comprimento de entrada fluidodinâmico é muito menor que o térmico, e a afirmação é verdadeira.
Para
Resposta
a) 3 e 4 corretas.