Coeficiente geral de transferência de calor: 11 fatos importantes

O QUE É O COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR?

Na indústria, os problemas de transferência de calor são geralmente resolvidos para materiais compostos ou sistemas com diferentes camadas que envolvem diferentes modos de transferência de calor, como condução, convecção e radiação. A resistência térmica que é oferecida pelas diferentes camadas em um sistema é chamada de Coeficiente Geral de Transferência de Calor. Também é conhecido como fator U.

O fator U que é usado no cálculo da transferência geral de calor é análogo ao coeficiente de transferência de calor por convecção usado na lei de resfriamento de Newton. O coeficiente geral de transferência de calor depende da geometria do objeto ou superfície. Por exemplo, em uma parede, podemos observar diferentes modos de transferência de calor, a superfície externa da parede experimenta a transferência de calor por convecção enquanto o espaço entre as paredes sofre o modo de condução da transferência de calor.

O coeficiente geral de transferência de calor da parede é considerado a soma do coeficiente de transferência de calor por convecção e o coeficiente de transferência de calor condutivo. Resumindo, o coeficiente geral de transferência de calor é a soma do coeficiente de transferência de calor individual. Explicações adicionais sobre a derivação do coeficiente geral de transferência de calor e como usá-lo para problemas compostos de transferência de calor são explicadas abaixo.

SIGNIFICADO DO COEFICIENTE GERAL DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR

Em aplicações industriais, é essencial conhecer o coeficiente geral de transferência de calor, especialmente nos casos em que a taxa de transferência de calor precisa ser otimizada para melhor desempenho de um sistema. Para calcular a taxa de transferência de calor Q (ponto) para qualquer sistema com diferentes fluidos ou camadas diferentes, é essencial saber o coeficiente geral de transferência de calor.

A partir do valor do coeficiente de transferência de calor global e da taxa de transferência de calor, é possível calcular o coeficiente de transferência de calor individual. Isso ajudaria a modificar uma parte específica do sistema térmico para um melhor desempenho de acordo com os requisitos.

Em condições de estado estacionário, a taxa de transferência de calor de um fluido na temperatura de massa T1 para sólido na temperatura de massa T2 ao longo de uma área incremental dA é dada pela taxa de transferência de calor dQ (ponto), ou seja,

dQ (ponto) = U * (T₂ - T₁)*UMA

Aqui, o coeficiente geral de transferência de calor é representado pela letra U.

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A fórmula para o coeficiente geral de transferência de calor é dada por

Qdot = U * (T₁ +T₂)*UMA

Derivação para o coeficiente geral de transferência de calor para parede dado abaixo

Considere uma parede composta que é exposta ao ambiente externo na temperatura T1, e o coeficiente de condução é observado como H₁. A temperatura ambiente dentro da sala é T2 e o coeficiente de convecção é H₂. Aqui, a transferência de calor é feita por condução e convecção. Ambos os lados da parede experimentam transferência de calor usando convecção em diferentes magnitudes.

A temperatura dentro da parede varia e é um valor entre T1 e T2 se não houver fonte de geração de calor de dentro da parede. O coeficiente de condução da parede é considerado K neste caso, a menos que a parede seja composta por camadas diferentes, o que é o caso usual. No cenário da vida real, a parede é composta por diferentes camadas como gesso, tijolos, cimento, etc. Nestes casos, é fundamental levar em consideração a resistência térmica que cada camada da parede oferece.

O coeficiente geral de transferência de calor para o sistema acima é o dado abaixo:

E a taxa de transferência de calor Q (ponto) = UAΔT

É evidente que U não é uma propriedade termofísica e depende do fluxo, da velocidade e também do material por onde ocorre a transferência de calor.

COEFICIENTE DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR GERAL COM FALTA

A incrustação é um problema comum encontrado em trocadores de calor. É uma camada adicional que é formada na superfície interna do trocador de calor. Vários fatores contribuem para o entupimento das superfícies dos trocadores de calor. A taxa de transferência de calor é reduzida devido à incrustação que, por sua vez, afeta a eficiência da transferência de calor.

A diminuição na eficiência de transferência de calor é contabilizada em cálculos usando o fator de incrustação. Freqüentemente, é chamado de fator de sujeira. O fator de incrustação depende do fluido em cada lado do trocador de calor.

O coeficiente geral de transferência de calor com incrustação é dado por

Na equação acima,

U representa o coeficiente geral de transferência de calor

h₀ é o coeficiente de transferência de calor no lado da casca

h_i é o coeficiente de transferência de calor no lado do tubo

R_do é o fator de incrustação no lado da casca

R_di é o fator de incrustação no lado do tubo

OD é o diâmetro externo do tubo

ID é o diâmetro interno do tubo

A₀ é a área externa do tubo

A_i é a área interna do tubo

K_w é o valor da resistência oferecida pela parede do tubo

A partir da equação, é evidente que o valor do coeficiente geral de transferência de calor diminui com um aumento em um ou ambos os valores do fator de incrustação (isto é, lado do tubo ou lado da casca). Esta diminuição no coeficiente geral de transferência de calor irá, por sua vez, reduzir a taxa de transferência de calor.

UNIDADES DE COEFICIENTE PARA TRANSFERÊNCIA DE CALOR GERAL | CONVERSÃO DE UNIDADE DE COEFICIENTE PARA TRANSFERÊNCIA DE CALOR GERAL | CONVERSÃO GERAL DE COEFICIENTE DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR

A unidade SI do coeficiente geral de transferência de calor é W / m² K. Outra unidade que é usada para representar o coeficiente geral de transferência de calor é Btu / (hr.ft^{2 0}F).

A conversão da unidade de unidade SI para unidades inglesas é a seguinte:

1 W / m² K = = 0.1761 Btu / (hr.ft^{2 0}F).)

EFEITO DA TAXA DE FLUXO NO COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR | COEFICIENTE DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR GERAL VS TAXA DE FLUXO

A taxa de fluxo tem um impacto no coeficiente geral de transferência de calor. Observa-se que há uma diminuição de 10% no coeficiente de transferência de calor quando a vazão de massa aumenta três vezes. Esta estimativa do coeficiente de transferência de calor é baseada na correlação de Dittus-Boelter.

Mantendo a área constante, observa-se que o coeficiente de transferência de calor aumenta com o aumento da vazão mássica. Espera-se um aumento de 90% no coeficiente de transferência de calor dobrando o taxa de fluxo de massa. Com este aumento, espera-se um aumento de pressão queda que é proporcional à vazão mássica.

Para os casos em que a velocidade é constante, a queda de pressão diminui e é inversamente proporcional à taxa de fluxo de massa. Os aspectos positivos obtidos com um coeficiente de transferência de calor mais alto são perdidos devido ao aumento da queda de pressão quando a área é mantida constante.

COEFICIENTE GERAL DA TABELA DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR

A tabela abaixo fornece o coeficiente geral de transferência de calor para alguns equipamentos que são frequentemente usados ​​na indústria. A faixa é fornecida porque o coeficiente geral de transferência de calor depende do fluido usado no equipamento. Para gases, o valor do coeficiente de transferência de calor é muito baixo e o dos líquidos é muito mais alto.

COEFICIENTE MÉDIO DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR GERAL

Em problemas de transferência de calor que consistem em dois fluidos diferentes que podem ser água e álcool a duas temperaturas diferentes, em tais casos, a média das temperaturas dos dois fluidos é usada para resolver o problema de transferência de calor, que é denominado como a transferência de calor geral média coeficiente.

Vamos considerar Q como o calor fluindo através da superfície a uma temperatura média ΔT_avg, e a área através da qual a transferência de calor ocorre é considerada como sendo A. O coeficiente de transferência de calor médio geral para este fluxo de calor é conforme dado abaixo

COEFICIENTE DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR GERAL COM BASE NA ÁREA INTERNA

Para trocadores de calor, a transferência de calor coeficiente pode ser baseado na área interna ou na área externa

Quando o coeficiente geral de transferência de calor é calculado com base na área interna, o coeficiente de convecção no interior é considerado como 1 / h_i, enquanto o coeficiente de condução na interface é considerado 1 / ln (r₀/r_i) / 2πkL e o coeficiente de convecção na superfície externa do trocador de calor é considerado como sendo 1 / h₀.

Portanto, o coeficiente geral de transferência de calor com base na área interna é dado como

Quando o coeficiente de transferência de calor geral é calculado com base na área externa, o coeficiente de convecção no interior é considerado como 1 / h_i, enquanto o coeficiente de condução na interface é considerado 1 / ln (r₀/r_i) / 2πkL e o coeficiente de convecção na superfície externa do trocador de calor é considerado como sendo 1 / h₀.

Portanto, o coeficiente geral de transferência de calor com base na área interna é dado como

A diferença significativa entre as duas equações está na área, quando o coeficiente geral de transferência de calor é baseado na área interna, a área interna do trocador de calor é usada na equação. Enquanto quando o coeficiente geral de transferência de calor é baseado na área externa, a área externa é considerada na equação.

DIFERENÇA ENTRE COEFICIENTE DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR INDIVIDUAL E GERAL

Quando o calor está fluindo através de um material compósito, a resistência térmica oferecida por diferentes camadas do material, que pode ser devida à condução de calor ou convecção, é chamada de coeficiente geral de transferência de calor. O coeficiente geral de transferência de calor é a soma do coeficiente de transferência de calor individual. A resistência térmica é análoga à resistência elétrica em um circuito. Aqui, o coeficiente de transferência de calor depende do material em série ou arranjo paralelo.

É de grande interesse determinar o coeficiente de transferência de calor individual a partir do coeficiente de transferência de calor geral. Por exemplo, para um trocador de calor, o coeficiente geral de transferência de calor pode ser medido experimentalmente, a partir desse coeficiente geral, extrair a resistência térmica oferecida pelo fluido quente e frio individualmente é o problema a ser resolvido.

PROBLEMAS GERAIS DE COEFICIENTE DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR

Considere que uma parede de 5 cm de espessura é feita de tijolos que tem uma condutividade térmica K = 20 W / m K. A superfície interna da parede é exposta à temperatura ambiente de 25⁰C enquanto a superfície externa é exposta à alta temperatura atmosférica de 40⁰C. Qual é o coeficiente geral de transferência de calor, dado o coeficiente de convecção do ar 25 W / m²K?

Do problema acima, podemos concluir que o sistema está exposto à convecção em ambos os lados da parede e à transferência de calor por condução dentro da parede. A condutividade térmica da parede é de 20 W / mK, enquanto o coeficiente de convecção do ar é de 25 W / m²K.

= 12.12 W / m²K

PERGUNTAS MAIS FREQÜENTES DA ENTREVISTA E RESPOSTAS

1. equação geral do coeficiente de transferência de calor trocador de calor

2. Coeficiente geral de transferência de calor tubo duplo | coeficiente geral de transferência de calor do trocador de calor de tubo duplo

1 / U = D_o/h_i.D_i D +_o.ln (D_o/D_i) / 2k_t + 1 / h_o+ R_i.D_o/D_i + R_o

3. fórmula geral do coeficiente de transferência de calor para o cilindro

O coeficiente geral de transferência de calor para um cilindro é dado pela fórmula abaixo, que experimenta os modos de condução e convecção de transferência de calor

4. coeficiente geral de transferência de calor para o evaporador

5. Coeficiente geral de transferência de calor e tubo | coeficiente geral de transferência de calor para trocador de calor de casco e tubo | como calcular o coeficiente geral de transferência de calor para trocador de calor | Como você calcula o coeficiente geral de transferência de calor de um evaporador?

O coeficiente geral de transferência de calor para qualquer trocador de calor pode ser calculado usando a equação abaixo, o método usado pode variar. Pode-se escolher o método LMTD também

6. Coeficiente geral de transferência de calor do trocador de calor de grafite

O coeficiente geral de transferência de calor para trocadores de calor que são moldados de grafite em grafite é de cerca de 1000 W / m²K, enquanto o coeficiente geral de transferência de calor da grafite para o ar é de 12 W / m²K

7. Coeficiente geral de transferência de calor de alumínio

O coeficiente geral de transferência de calor para o alumínio é de 200 W / m²K

8. Coeficiente geral de transferência de calor do trocador de calor ar-ar

O coeficiente geral de transferência de calor do coeficiente de transferência de calor ar-ar está entre 350 a 500 W / m²K.

9. Área do trocador de calor do coeficiente geral de transferência de calor

A área de um trocador de calor pode ser calculada a partir do coeficiente geral de transferência de calor usando a seguinte fórmula

10. Em qual processo de troca de calor o valor do coeficiente geral de troca de calor será mais alto?

O coeficiente geral de transferência de calor é o mais alto para trocadores de calor tubulares usados ​​para evaporação com vapor fluindo para fora dos tubos e líquido fluindo para dentro. Observa-se que eles têm um coeficiente geral de transferência de calor na faixa entre 900 a 3000 W / m²K.

11. O coeficiente geral de transferência de calor pode ser negativo?

Nos casos em que a temperatura de referência é tomada como a temperatura da parede adiabática, o coeficiente geral de transferência de calor será negativo, o que indica que o fluxo de calor está na direção oposta com um gradiente de temperatura definido.

12. O coeficiente geral de transferência de calor muda com a temperatura?

O coeficiente geral de transferência de calor depende do gradiente de temperatura; portanto, mudanças de temperatura podem resultar em mudanças em um gradiente de temperatura. Então, sim, o coeficiente geral de transferência de calor muda com a temperatura.

13. Qual é o coeficiente geral de transferência de calor e sua aplicação?

A resistência térmica que é oferecida pelas diferentes camadas em um sistema é chamada de Coeficiente Geral de Transferência de Calor. Também é conhecido como fator U. É usado para extrair o coeficiente de transferência de calor individual das diferentes camadas de um sistema.

O coeficiente geral de transferência de calor de um sistema pode ser medido, mas o coeficiente de transferência de calor individual de um sistema é difícil de obter. Em tais situações, o coeficiente geral de transferência de calor junto com a taxa de transferência de calor ajudará na determinação do coeficiente de transferência de calor individual

14. Quais são os fatores que afetam o coeficiente geral de transferência de calor?

Os fatores que afetam o coeficiente geral de transferência de calor são propriedades termofísicas, como densidade, viscosidade e condutividade térmica do fluido. Além disso, é afetado pela geometria e área em que a transferência de calor está ocorrendo. A velocidade dos fluidos afeta amplamente o coeficiente geral de transferência de calor. Nas trocas de calor, o tipo de fluxo também tem um impacto significativo no coeficiente geral de transferência de calor.

15. Qual é o coeficiente geral de transferência de calor em tubos redondos? | tubo de coeficiente de transferência de calor geral

Um fluido que flui através de um tubo redondo experimenta transferência de calor por convecção entre o fluido que flui do lado de fora e a superfície externa do tubo e também entre o fluido que flui do lado de dentro e a superfície interna do tubo. Há transferência de calor por condução entre a superfície externa e a superfície interna do tubo. Portanto, o coeficiente geral de transferência de calor é dado como segue:

(1 / UA) geral = (L / kA) interno + (1 / hA) + (L / kA) externo

Onde k é a condutividade térmica do tubo eh é o coeficiente de transferência de calor por convecção

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Veena Parthan

Eu sou Veena Parthan, concluí meu mestrado em Engenharia Térmica. Estou trabalhando como engenheiro de operação e manutenção solar para o setor solar do Reino Unido. Tenho mais de 5 anos de experiência na área de Energia e Utilities. Tenho um profundo interesse em energias renováveis ​​e na sua otimização. Publiquei um artigo nos anais da conferência AIP que se baseia no Cummins Genset e sua otimização de fluxo.
Durante meu horário livre, trabalho com redação técnica freelance e adoraria oferecer minha experiência na plataforma LambdaGeeks. Além disso, passo minhas horas livres lendo, praticando algumas atividades esportivas e tentando evoluir para uma pessoa melhor.
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