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.
lll Di=26,65 mm & Do=33,4 mm & ep=3,38 mm km=45 W cdot m^-1 o C^-1 & hmet=1020 W cdot m^-2 o C^-1 & ha=1700 W cdot m^-2 o C^-1

Passo 1

Vamos começar entendendo o que a questão está pedindo. Precisamos calcular o coeficiente global de transferência de calor ( U) 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 ( U) leva em consideração três resistências principais:
  1. Convecção na superfície interna ( hmet): É a resistência ao fluxo de calor entre o álcool metílico e a parede do tubo interno.
  2. Condução através da parede do tubo ( km e ep): É a resistência ao fluxo de calor através do material da parede do tubo.
  3. Convecção na superfície externa ( ha): 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 ( U) considerando essas resistências é:
1U = 1hmet + epkm + 1ha
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:
ep = 3,38 , mm = 0,00338 , m
Substituindo os valores:
1U = 11020 + 0,0033845 + 11700

Passo 5

Vamos calcular cada termo individualmente:
  1. Convecção interna:
11020 approx 0,000980 , m²cdot°C/W ²
  1. Condução através da parede:
0,0033845 approx 0,0000751 , m²cdot°C/W ²
  1. Convecção externa:
11700 approx 0,000588 , m²cdot°C/W ²

Passo 6

Somando todas as resistências térmicas:
1U = 0,000980 + 0,0000751 + 0,000588 approx 0,001643 , m²cdot°C/W ²

Passo 7

Invertendo o resultado para encontrar U:
U = 10,001643 approx 608 , W/m²cdot°C ²

Resposta

O coeficiente global de transferência de calor ( U) é aproximadamente 608 W/m²·°C.

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