Sobre o escoamento externo de um fluido sobre uma superfície e sobre escoamento interno dentro de tubulações, analise as afirmações abaixo e, em seguida, escolha a alternativa correta:
  1. No escoamento cruzado de um fluido em feixes tubulares, a transferência de calor é aumentada usando arranjo alternado em casos de valores muito baixos de Reynolds;
  2. No escoamento cruzado de um fluido sobre um cilindro, o ponto de separação da camada limite não depende da velocidade a montante de um determinado fluido;
  3. O valor do comprimento de entrada térmica depende do tipo de escoamento, do diâmetro da tubulação e do número de Prandtl, se o escoamento for turbulento;
  4. Dentro da região de entrada, o número de Nusselt diminui com o aumento do inverso do número de Graetz e é independente de Prandtl para a condição de entrada combinada.
Assinale a alternativa correta:
(a) 1 correta
(b) 4 correta
(c) 2 e 3 corretas
(d) 3 correta
(e) Todas incorretas

Passo 1

O enunciado trata de transferência de calor em escoamento externo (escoamento cruzado sobre cilindros e feixes tubulares) e interno (escoamento dentro de tubulações), envolvendo conceitos de arranjo de tubos, ponto de separação da camada limite, comprimento de entrada térmica e variação do número de Nusselt na região de entrada.

Passo 2

Analisando a afirmação 1: “No escoamento cruzado de um fluido em feixes tubulares, a transferência de calor é aumentada usando arranjo alternado em casos de valores muito baixos de Reynolds.”
Em feixes tubulares o arranjo alternado (staggered) gera maior agitação do escoamento e melhor mistura das camadas de fluido em torno de cada tubo, aumentando o coeficiente de convecção mesmo em Re reduzidos. Logo, a afirmativa 1 é verdadeira.

Passo 3

Analisando a afirmação 2: “No escoamento cruzado de um fluido sobre um cilindro, o ponto de separação da camada limite não depende da velocidade a montante de um determinado fluido.”
Na verdade, a posição de separação da camada limite depende fortemente do número de Reynolds, que é função da velocidade livre a montante. Assim, a afirmativa 2 é falsa.

Passo 4

Analisando a afirmação 3: “O valor do comprimento de entrada térmica depende do tipo de escoamento, do diâmetro da tubulação e do número de Prandtl, se o escoamento for turbulento.”
Para escoamento turbulento em tubulação costuma-se adotar um comprimento de entrada térmica na faixa aproximada de 10–60 diâmetros, praticamente independe do número de Prandtl (a dependência é muito fraca e geralmente desprezada). Portanto, dizer que em turbulento depende de Prandtl é falso.

Passo 5

Analisando a afirmação 4: “Dentro da região de entrada, o número de Nusselt diminui com o aumento do inverso do número de Graetz e é independente de Prandtl para a condição de entrada combinada.”
De fato, à medida que nos afastamos da entrada o número de Graetz cai (e seu inverso cresce), o número de Nusselt decresce até o valor assintótico. Porém, a independência de Prandtl vale apenas para a região de entrada térmica com escoamento hidrodinamicamente já desenvolvido (não na condição de entrada combinada, onde ambos camadas se formam simultaneamente). Logo, a afirmativa 4 é falsa.

Resposta

(a) 1 correta

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