PPGEQ – PROGRAMA DE PÓS GRADUAÇÃO DE ENGENHARIA QUÍMICA
PEQ5001 - FENÔMENOS DE TRANSPORTE
Discente: Beatriz de Paiva Germano
Resumo aula 7 – Convecção forçada externa
Na direção normal ao fluxo, as componentes de pressão e forças de cisalhamento
na parede somam-se para criar a força de sustentação, enquanto na direção paralela, elas
compõem a força de arrasto. Existem dois principais componentes de força de arrasto no
fluxo externo: o arrasto de atrito e o arrasto de pressão. O arrasto de atrito é a componente
da força de cisalhamento na direção do escoamento e ocorre devido à fricção entre a
superfície do objeto e o fluido que está se movendo sobre ele. Enquanto o arrasto de
pressão é causado pela variação de pressão no fluido à medida que ele flui sobre a
superfície do objeto e é influenciado pela forma do objeto e pelo perfil do fluxo
(significativo para velocidade do fluido muito alta).
Os coeficientes médios de arrasto (CD) e convecção (h) são parâmetros utilizados
para descrever a transferência de calor em escoamentos externos e podem ser
determinados a partir da integração dos coeficientes locais ao longo da superfície do
objeto.
Onde: CDx = coeficiente local de arrasto em função da posição ao longo da
superfície
hx = coeficiente local de convecção em função da posição ao longo da
superfície
L = comprimento do objeto na direção do escoamento
O comportamento do arrasto e da transferência de calor em um escoamento
paralelo sobre uma placa plana depende do regime de fluxo (laminar ou turbulento). O
arrasto é geralmente maior em escoamentos turbulentos, enquanto a transferência de calor
é influenciada por fatores como o gradiente de temperatura e a turbulência no fluido.
Para calcular a força de arrasto exercida sobre cilindros e esferas em escoamento
cruzado, bem como o coeficiente médio de transferência de calor (coeficiente médio de
transferência de calor ou "h"), deve-se considerar os princípios da mecânica dos fluidos.
O número de Reynolds crítico para um escoamento sobre um cilindro circular ou uma
esfera é de cerca de Recr ~ 2 x 105, sendo regime laminar para Re < Recr e regime
turbulento para Re > Recr. Sabendo-se que Re = 𝑉𝐷
𝑣, onde V = velocidade do fluido; D =
diâmetro externo do cilindro/esfera; e 𝑣 é a viscosidade cinemática do fluido.
A determinação da queda de pressão e do coeficiente médio de transferência de
calor em bancos de tubos requer uma análise detalhada das propriedades do sistema e a
aplicação de correlações ou simulações apropriadas, dependendo do arranjo dos tubos.