1- Qual efeito a deposição tem sobre o coeficiente global de transferência de calor e, assim, no desempenho do trocador?

Passo 1

O enunciado pergunta qual o efeito que a deposição (incrustação ou fouling) provoca sobre o coeficiente global de transferência de calor ( U) e, consequentemente, no desempenho de um trocador de calor. O conteúdo principal aqui é entender como a presença de uma camada de depósito adiciona uma resistência térmica extra ao caminho de transferência de calor.

Passo 2

Sem deposição, o coeficiente global U relaciona os coeficientes convectivos dos fluidos com as condutividades das paredes assim:
\frac{1}{U} = \frac{1}{h_1} + \frac{\delta}{k} + \frac{1}{h_2},
onde h_1 e h_2 são os coeficientes de convecção nos dois lados e \delta/k é a resistência da parede. Quando há deposição, introduzimos duas resistências de fouling, R_{f1} e R_{f2}, em série com as demais.

Passo 3

Com deposição, a expressão do inverso do coeficiente global passa a ser
\frac{1}{U_{\rm fouled}} = \frac{1}{h_1} + R_{f1} + \frac{\delta}{k} + R_{f2} + \frac{1}{h_2}.
Note que R_{f1} e R_{f2} são positivas e aumentam o valor total de \tfrac{1}{U}.

Passo 4

Como \tfrac{1}{U_{\rm fouled}} > \tfrac{1}{U_{\rm clean}}, segue-se que
U_{\rm fouled} < U_{\rm clean}.
Isto significa que o coeficiente global diminui em presença de deposição.

Passo 5

O desempenho do trocador de calor é medido pela taxa de calor transferido,
\dot Q = U \, A \, \Delta T_{\rm lm},
onde A é a área de troca e \Delta T_{\rm lm} é a diferença de temperatura logarítmica média. Se U cai, então \dot Q também cai, reduzindo a eficiência térmica do equipamento.

Resposta

A deposição aumenta as resistências térmicas de fouling, o que faz cair o coeficiente global U e, consequentemente, reduz a taxa de transferência de calor \dot Q e o desempenho do trocador.

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