Um trocador de calor casco e tubos deve aquecer um líquido ácido que escoa em tubos não aletados com diâmetros interno e externo e , respectivamente.
Um gás quente escoa pelo casco. Para evitar corrosão no material dos tubos, o engenheiro pode especificar a utilização de uma liga metálica Ni-Cr-Mo resistente à corrosão , ou de fluoreto de polivinilideno (PVDF) , .
Os coeficientes de transferência de calor interno e externo são e , respectivamente.
Determine a razão entre as áreas das superfícies do plástico e do metal necessárias para transferir a mesma quantidade de calor.
Passo 1
Nesse caso, temos somente as convecções interna e externa e a condução através da parede do tubo. Assim, a expressão para o coeficiente global de transferência de calor será dada por:
Como estamos lidando com uma superfície cilíndrica, temos que:
Logo:
Passo 2
Vamos calcular cada termo separadamente, beleza? Começando pela convecção interna.
Para o termo de convecção externa, teremos:
Finalmente, para o termo de condução, vamos fazer logo as contas para o metal e para o fluoreto, se liga:
Passo 3
Para o metal, teremos o seguinte:
E, para o fluoreto:
Como o que queremos é a razão entre as áreas, teremos:
Como queremos transferir a mesma quantidade de calor nos dois casos, é necessário que:
Logo:
Finalmente:
