Questão 4 (1,0 Ponto) Um trocador de calor que opera em contra corrente terá o coeficiente global de transferência de calor menor que um trocador em corrente paralela operando nas mesmas condições de fluxo, área e fluidos? Justifiaue.
Passo 1
O enunciado pergunta se, mantendo iguais os fluidos, as vazões, a área de troca e a geometria, o coeficiente global de transferência de calor
de um trocador em contracorrente é menor do que o de um trocador em correntes paralelas. O conteúdo que vamos usar envolve a definição de
em função das resistências térmicas: das películas internas e externas e da parede.
Passo 2
Escrevemos a expressão geral que relaciona
com as resistências térmicas em série (por unidade de área):
onde
-
é o coeficiente convectivo da película interna, -
é o coeficiente convectivo da película externa, -
é a resistência térmica da parede (depende apenas da condutividade e da espessura).
Passo 3
Observação importante:
e
dependem das propriedades do fluido (viscosidade, condutividade, calor específico), da geometria do canal e do número de Reynolds, mas não do arranjo global (contra ou paralela). Também
é exclusiva da parede metálica. Logo, se mantemos vazão, fluidos e geometria, as resistências não se alteram quando trocamos de distribuição de fluxos.
Passo 4
Concluímos que o coeficiente global
não varia entre um trocador em contracorrente e um em corrente paralela, desde que todas as demais condições (vazões, propriedades, área e geometria) permaneçam iguais. O que muda entre os dois arranjos é o
médio logarítmico (LMTD) e, portanto, a capacidade de transferência de calor, mas não o valor de
.
Resposta
Não. O coeficiente global de transferência de calor
é o mesmo nos dois arranjos (contra e paralela) quando as vazões, as propriedades dos fluidos, a área de troca e a geometria são idênticas, pois
depende apenas das resistências térmicas das películas e da parede, e não do tipo de escoamento.