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
onde
é a condutividade térmica. No cobre puro temos aproximadamente
, valor muito superior ao de aços comuns (
–
). 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:
- Têm condutividade térmica muito alta (
), acelerando a troca de calor. - Apresentam boa resistência à corrosão em serviços com água e fluidos industriais.
- Possuem ductilidade e maleabilidade que permitem fácil conformação, soldagem e fabricação de tubos finos.
- Oferecem excelente custo-benefício ao reduzir o material e o peso necessários, além de facilitar a limpeza e manutenção.