TROCADORE DE CALOR

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TROCADORE DE CALOR
TROCADORES DE CALOR
• Atualmente em quase todas as plantas de 
elaboração de produtos e nas plantas produtoras 
de energia são realizados processos de trocas de 
calor entre substancias que se encontram a 
diferentes temperaturas, com diferentes estados de 
agregação. 
O equipo no qual é efetuado o processo de troca de 
calor entre dois o mais substancias a diferentes 
temperaturas se chama “trocador de calor”. Este é
um nome genérico , já que em alguns casos 
particulares este equipo recebe o nome em 
dependência do processo que ele realize. Como 
exemplo, gerador de vapor, condensadores, 
refreadores etc.
classificação
Atendendo a forma 
de 
Funcionamento ou 
principio
de operação
Equipamentos 
de superfícies
Equipamentos de 
contato direto ou 
de mistura.
São aqueles equipamentos em que os 
agentes que trocam calor encontram-se 
separados por uma parede e não se 
misturam entre si. O calor transferido 
atravessa a parede, e sua troca sempre 
está vinculada a uma superfície física.
-Equipamentos recuperativos
-Equipamentos regenerativos
A troca de calor efetua-se diretamente 
do fluido quente ao fluido frio, sem que 
exista uma superfície que separe a 
ambos. Isto implica que junto com o 
calor , também existe troca de massa, 
e que a resistência térmica no 
processo de troca de calor seja 
mínima, pois não existe parede, nem 
porem incrustações em ela 
depositada. Ex. Torres de resfriamento 
e refreadores tipo piscinas
Trocadores de superfícies
• Equipamentos recuperativos: são aqueles em que o fluido quente e frio 
fluem simultaneamente através do trocador de calor, mantendo a posição 
respeito a área de transferência de calor. A presença da parede 
separadora introduze uma resistência térmica adicional no processo de 
troca de calor entre os fluidos.Ex. economizadores dos geradores de 
vapor, nos quais a troca de calor ocorre entre os gases quentes produto 
da combustão e a água de ebulição que circula pelo interior dos tubos, e 
nos condensadores das plantas de potência elétrica a partir do vapor. 
Neste último caso o calor é trocado entre vapor que se condensa e o meio 
de resfriamento que quase sempre é água de mar, ou de rio etc.
--De superfície de troca de calor lisa(parede de troca pode ser um tubo o 
uma parede plana).
--De superfície de troca de calor aleitadas (pelo menos uma superfície 
apresenta protuberâncias para aumentar a superfície de troca de calor).
• Equipamentos regenerativos: Neste equipamentos o calor é transmitido 
do fluido quente à superfície de troca de calor, acumulando-se nela. A 
temperatura da parede vai aumentando com o tempo. Posteriormente se 
Poe em contato com o fluido frio entregando o calor que tinha acumulado 
e diminuindo sua temperatura. O processo de troca de calor é não 
estacionário devido a que a temperatura das superfícies e os fluidos 
variam com o tempo.Ex. aquecedores de ar regenerativos dos geradores 
de vapor.
Classificação
Atendendo ao 
movimento dos 
fluidos
Equipamentos 
de ação 
continua
Equipamentos 
de ação 
periódica.
São aqueles equipamentos em que o 
movimento de ambos fluidos através 
do equipamento é continuo, embora 
pode não ser constante, mais sempre 
ambos fluidos estariam em 
movimento relativos a superfície de 
troca de calor. Ex trocadores de calor 
de tubo e casca, por onde circulam 
dois fluidos de maneira continua.
Uns dos fluidos permanece estático 
dentro do equipamento, é dizer é uma 
massa estancada, e u outro é um 
fluido em movimento continuo.
Ex. Os tachos de uma usina de açúcar 
, onde uma quantidade de mela dura 
permanece dentro do equipamento até
que se alcance a concentração 
desejada, aquecida por o vapor que 
condensa. 
Classificação atendendo à função que 
realiza.
• Esta é uma classificação pouco rigorosa, pois se da nomes 
diferentes a equipamentos nos quais efetua-se o mesmo processo, 
só porque o objetivo que se persegue não é o mesmo.
Ex. O equipo no qual efetua-se o aquecimento de um fluido se 
denomina “ aquecedor”, onde realiza-se o resfriamento de um fluido 
“refreador”, onde se produz a evaporação de um líquido, 
“evaporador”, onde se realiza a destilação de uma mistura 
“destilador” etc.
Embora, tendo nomes diferentes, não existe diferencia alguma 
entre um aquecedor e um refreador, desde o ponto de vista do 
processo de transmissão de calor, pois no primeiro quando um 
fluido é aquecido é porque outro é resfriado, e no refreador, quando 
o fluido é refreado é porque u outro é aquecido. De igual forma num 
aquecedor com vapor e num condensador ocorre o mesmo 
processo, o que no primeiro casso o objetivo é aquecer um fluido 
com vapor que condensa e no segundo é condensar um vapor com 
um fluido que se esquenta.
Agentes de troca de calor
• Os agentes de troca de calor são aquelas substancias que 
participam no processo de troca de calor, o fluido quente que 
entrega calor, e o fluido frio que absorve-o 
Em dependência do processo industrial que se analise podem-se 
ter diferentes tipos de agentes de transmissão de calor, o fluido de 
trabalho, como também são conhecidos.
Entre os agentes de maior uso industrial estão:
• Gases de exaustão
• Vapor de água
• Água
• Óleo lubrificante
• Soluções
• Misturas líquidas.
Características construtivas
• Trocador de calor de tubo 
e carcaça (casca).
Chama-se assim, aqueles 
equipes de transferência 
de calor que estão 
formados por um pacote 
ou hás de tubos, unidos a 
uma ou duas placas ou 
espelhos por os extremos 
dos tubos, limitado por 
uma coberta ou coraça
que os envolve. Também 
aparecem formando parte 
do equipamento os 
cabeceais, que podem ser 
de entrada e saída , nos 
equipamentos de paços 
impares, ou de retorno no 
de paços pares.
Equações de cálculo fundamentais
• Os cálculos térmicos nos trocadores de calor podem ser construtivos ou de 
comprovação. Os cálculos construtivos tem como objetivo determinar a 
superfície de troca de calor e o de comprovação, a determinação da 
produção ou parâmetros de saída dos fluidos no equipamento construído 
ou projetado.
A primeira equação fundamental para o cálculo dos trocadores de calor é a 
equação de balanço térmico.
Q=G1(h1´-h1´´)ηperdas = G2(h2´´-h2´) equação (1,1)
Onde:
Q – Quantidade de calor, do primeiro fluido ao segundo[kJ/h]
G – Fluxo em kg/h
h - Entalpia kJ/kg
ηperdas –Coeficiente de perdas, ηp ≈ 0,97 – 0,995
No sucessivo o subtendesse 1 refere-se ao fluido quente e u 2 ao segundo 
fluido, o supra índice prima (´), é na entrada, e o (´´) na saída. 
Na equação (1,1) toma-se as perdas como do fluido quente. Isto é certo para 
aqueles aparelhos em que o fluido quente vai por o corpo, e o fluido frio por 
os tubos.
Equações de cálculo fundamentais
• Sim no corpo entra o fluido frio, coisa que acontece em determinados casos, 
então as perdas ao exterior sucedem como resultado do calor que o fluido 
quente forneceu ao fluido frio, e então a equação de balanço toma a seguinte 
forma:
Q=G1(h1´-h2´´)=G2(h2´´-h2´)/ηp [kJ/h] equação (1,2)
Para os equipamentos nos quais não existe troca de estado da substancia de 
trabalho.
∆h = Cp(t´´- t´)
Onde:
t ´´ e t ´ - Temperatura media do fluido na seção de saída e entrada, °C
Cp – Calor específico médio no intervalo de temperatura [kJ/kg-°C]
Q = G1Cp1( t1´- t1´´)ηp = G2 Cp2( t2´´ - t2´) equação (1,3)
Para os equipamentos que existe troca do estado da substancia de trabalho, 
ebulição ou condensação.
∆h = Cpv( tv – ts ) + r + Cpc ( ts – te) 
Equações de cálculo fundamentais
• A segunda equação fundamental para o cálculo dos trocadores de calor é a equação de 
transferência de calor:
Q = K x F x ∆t [W] equação (1,5)
Onde:
K –coeficiente de transferênciade calor
F – área de transferência de calor
∆t –Diferencia media de temperatura, isto é a diferencia media de temperatura entre os fluidos 
a o longo de toda a superfície de aquecimento.
Para trocadores de calor de tubos:
F = π x dm x L x n x z
Onde:
dm - diâmetro médio dos tubos, [m]
L – cumprimento do tubo, [m]
n – número de tubos em um paço
z – número de paços.
Para um trocador de placas
F = a x b x n
Onde:
a – largo da placa, [m]
b – cumprimento da placa, [m]
n – números de placas 
Equações de cálculo fundamentais
Q = K x F x ∆t [W] equação (1,5)
Na equação (1,5), nota-se que para determinar a superfície de aquecimento (F), é
necessário conhecer com antecedência o coeficiente de transferência de calor(k) e a 
diferença media de temperatura (∆t).
Para a movimentação dos fluidos em contra fluxo e fluxo paralelo, a diferença media de 
temperatura é igual à media logarítmica dos valores extremos e determina-se pela 
formula:
∆tma - ∆tme
∆t = 
Ln ∆tma / ∆tme
Onde:
∆tma e ∆tme são a maior e menor diferencia de temperatura nos extremos do
equipamento.
Esta formula é obtida supondo que os fluxos, calor específico e coeficiente de 
transferência de calor são constantes em todo o cumprimento da superfície de 
transferência de calor.
Para cálculos aproximados por simplicidade algumas vezes utiliza-se a diferencia de 
temperatura media aritmética:
∆tma – ∆tme t1´ + t1´´ t2´ + t2´´
∆t = = -
2 2 2
Trocador de calor de correntes 
paralelas e contracorrente
Multipasse e com Correntes Cruzadas
Multipasse
• Existem situações em que, devido a restrições de espaço, 
econômicas ou condições técnicas específicas opta-se por construir 
trocadores com multipasse nos tubos e ou no casco.
• Trocadores de Calor de Correntes Cruzadas
Nos trocadores de calor de correntes cruzadas, os fluidos se 
deslocam com correntes perpendiculares uma à outra. Neste caso 
os trocadores podem ser aletados ou sem aletas, diferindo-se pelo 
fato dos fluidos que se movem sobre os tubos estarem não 
misturados ou misturados respectivamente. No primeiro caso o 
fluido é não misturado, pois as aletas impedem o movimento na 
direção transversal à direção principal da corrente, o que já é
possível nos tubos sem aletas, e as variações de temperatura, 
neste caso ocorrem principalmente na direção principal da corrente.
• Nos dois casos anteriores é possível 
aplicar as equações já apresentadas para 
trocadores em corrente e contracorrente 
simples, com a seguinte modificação:
• onde dTml.cc é o calculado para 
contracorrente e F pode ser obtido dos 
ábacos abaixo para cada caso.
Abacos
Trocador de calor de Placas
Exemplos de trocadores
Recuperador de calor