Eu fiz exatamente o que você está falando. A minha era uma unidade portátil Seagate USB 2.0 (felizmente sem conector / bridge proprietário).
Movê-lo para um case USB 3.0 melhorou a velocidade read sequencial de cerca de 30 MB / s para 60 MB / s. As velocidades sequenciais write melhoraram de cerca de 30 MB / s para 45 MB / s. Eu usei apenas a unidade para arquivos grandes, por isso não posso comentar sobre o desempenho de leitura / gravação aleatória.
Com base na minha experiência, tenho certeza de que você veria resultados semelhantes. Melhoria notável? Provavelmente, para leituras / gravações sequenciais (ou seja, arquivos grandes).
Vale a pena fazer isso? Talvez não seja dado o preço atraente de novos drives USB 3.0 portáteis. Além disso, as últimas unidades USB 3.0 são muito rápidas. Minha nova unidade portátil Toshiba se destaca em mais de 100 MB / s de leitura e gravação sequencial.