Calcular o coeficiente global de transferência de calor para o seguinte caso: álcool metílico em um tubo interno de um trocador de calor de tubo duplo, cujo fluido refrigerante é água.
Passo 1
Vamos começar entendendo o que a questão está pedindo. Precisamos calcular o coeficiente global de transferência de calor (
) em um trocador de calor de tubo duplo, onde temos álcool metílico no tubo interno e água no tubo externo. Para isso, vamos usar conceitos de transferência de calor por condução e convecção, além de aplicar as fórmulas apropriadas para combinar esses efeitos.
Passo 2
Primeiro, identificamos as resistências térmicas envolvidas no sistema. O coeficiente global de transferência de calor (
) leva em consideração três resistências principais:
- Convecção na superfície interna (
): É a resistência ao fluxo de calor entre o álcool metílico e a parede do tubo interno. - Condução através da parede do tubo (
e ): É a resistência ao fluxo de calor através do material da parede do tubo. - Convecção na superfície externa (
): É a resistência ao fluxo de calor entre a parede do tubo externo e a água.
Passo 3
A fórmula para calcular o coeficiente global de transferência de calor (
) considerando essas resistências é:
Essa equação basicamente soma todas as resistências térmicas e depois inverte para encontrar o coeficiente global.
Passo 4
Agora, vamos substituir os valores fornecidos na fórmula. Primeiro, é importante garantir que todas as unidades estejam coerentes. Vamos converter o espessura da parede do tubo de milímetros para metros:
Substituindo os valores:
Passo 5
Vamos calcular cada termo individualmente:
- Convecção interna:
- Condução através da parede:
- Convecção externa:
Passo 6
Somando todas as resistências térmicas:
Passo 7
Invertendo o resultado para encontrar
:
Resposta
O coeficiente global de transferência de calor (
) é aproximadamente 608 W/m²·°C.