Questão 5 - Por que o cobre e suas ligas são muito utilizados para a fabricação de trocadores de calor?

Passo 1

O enunciado pergunta por que o cobre e suas ligas são tão usados em trocadores de calor. O conteúdo aqui é seleção de materiais em transferência de calor e, em especial, condução térmica através das paredes dos equipamentos, além de critérios como resistência à corrosão, propriedades mecânicas e custo.

Passo 2

A condutividade térmica elevada do cobre é o fator mais importante na condução de calor. Pela lei de Fourier, o fluxo de calor unidimensional é dado por
q = -\,\lambda\,A\,\frac{dT}{dx}
onde \lambda é a condutividade térmica. No cobre puro temos aproximadamente \lambda_{\mathrm{Cu}}\approx 400\\ \mathrm{W/(m\cdot K)}, valor muito superior ao de aços comuns ( \sim 60 50\\ \mathrm{W/(m\cdot K)}). Isso significa que, para o mesmo gradiente térmico e geometria, o cobre transfere calor muito mais rápido.

Passo 3

O cobre e suas ligas também apresentam boa resistência à corrosão em água e em muitas soluções industriais, o que prolonga a vida útil dos tubos. A camada natural de óxido de cobre é fina e aderente, reduzindo ataques químicos e biológicos, o que é crucial para minimizar vazamentos e falhas prematuras.

Passo 4

Em termos mecânicos, o cobre tem ductilidade e maleabilidade elevadas, facilitando processos de conformação (tratamento de tubos, aletas e cabeçotes) e soldagem. Suas ligas (por exemplo, latão e bronze) podem ter resistência mecânica e dureza ajustadas, mantendo boa condutividade e permitindo fabricação de componentes finos e resistentes à pressão interna.

Passo 5

Por fim, o custo-benefício do cobre não é tão alto quanto parece, pois seu desempenho térmico reduz o volume e a massa de material necessário para atingir a mesma capacidade de troca. Além disso, sua superfície lisa e resistente a incrustações facilita a limpeza e manutenção, reduzindo paradas e custos operacionais.

Resposta

O cobre e suas ligas são muito usados em trocadores de calor porque:
  1. Têm condutividade térmica muito alta ( \lambda_{\mathrm{Cu}}\approx 400\\ \mathrm{W/(m\cdot K)}), acelerando a troca de calor.
  2. Apresentam boa resistência à corrosão em serviços com água e fluidos industriais.
  3. Possuem ductilidade e maleabilidade que permitem fácil conformação, soldagem e fabricação de tubos finos.
  4. Oferecem excelente custo-benefício ao reduzir o material e o peso necessários, além de facilitar a limpeza e manutenção.

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