Em uma caldeira flamatubular, produtos de combustão quente, escoando através de uma matriz de tubos com paredes finas, são utilizados para ferver água escoando sobre os tubos. Na instalação, o coeficiente global de transferência de calor era igual a
. Após 1 ano de uso, há deposição sobre as superfícies interna e externa dos tubos, correspondendo a fatores de deposição de
e
, respectivamente. Calcule o coeficiente global de transferência de calor após esse período. A caldeira deveria ser parada para serviços de limpeza das superfícies dos tubos?
Resposta:
Passo 1
O enunciado dá as seguintes informações e faz estas perguntas.
-
Dados fornecidos:
- Coeficiente global de transferência de calor, antes da deposição (superfícies limpas):
. - Fator de deposição na face interna:
. - Fator de deposição na face externa:
.
- Coeficiente global de transferência de calor, antes da deposição (superfícies limpas):
-
Perguntas:
- Calcular o coeficiente global de transferência de calor após 1 ano, com as deposições presentes.
- A caldeira deveria ser parada para limpeza das superfícies dos tubos?
Passo 2
Conceito e fórmula que vamos usar (aula rápida e prática).
- A transferência de calor entre dois fluidos através de uma parede pode ser vista como uma soma de resistências térmicas em série por unidade de área. Cada resistência tem unidade
. - O coeficiente global de transferência de calor
está relacionado à soma das resistências por unidade de área por:
Aqui
é o fluxo de calor por unidade de área e
é a diferença de temperatura efetiva entre os fluidos.
- Quando a superfície é limpa, existe uma resistência total
. - Deposição (fouling) fornece novas resistências por unidade de área que se somam às resistências existentes. Assim, a nova resistência total é:
- Portanto a relação prática que vamos aplicar é:
Explicação intuitiva: cada camada (convecção interna, parede, convecção externa, e depósitos) impede um pouco o fluxo de calor; somam-se os “obstáculos” (resistências) e o coeficiente global é o inverso dessa soma.
Passo 3
Aplicando a fórmula com os números dados (contas passo a passo, sem pular etapas).
- Primeiro calcule
:
- Some as resistências de deposição:
- Some tudo para obter a resistência total após 1 ano:
- Inverso para obter
:
Calcule o inverso manualmente (divisão):
Arredondando de forma razoável para três algarismos significativos:
Passo 4
Interpretação prática e resposta à pergunta de parada para limpeza.
- Queda relativa do coeficiente:
- Significado: o coeficiente global de transferência de calor caiu cerca de
. Isso é uma redução grande: para a mesma diferença de temperatura, a potência transferida diminui quase pela metade, levando a menor produção de vapor, maior consumo de combustível para manter a mesma carga, e potencial sobreaquecimento local dos tubos. - Julgamento prático: com uma queda tão acentuada (ordem de dezenas de percentuais), é recomendável parar a caldeira para limpeza das superfícies dos tubos e recuperação da capacidade térmica. Em instalações reais costuma-se aceitar uma queda bem menor antes da limpeza programada; aqui a redução de ~
é claramente além de uma “margem aceitável”.
Resposta
Sim — a caldeira deveria ser parada para serviços de limpeza, pois o coeficiente global caiu cerca de