Aula 06 Trocador de calor (1)

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São trocadores de calor constituídos por um casco cilíndrico, contendo um conjunto de 
tubos (trocador multitubular) colocados paralelamente ao eixo longitudinal do casco. 
Representação: 
Trocadores de calor casco e tubo 
Trocadores de calor casco e tubo 
 É o mais comumente empregado na indústria química; 
 Utilizado para amplas faixas de vazão, temperatura e pressão 
(> 30 bar; > 260 ºC); 
 É o único que pode ser aplicado a processos que necessitam de 
grandes áreas de troca térmica ( > 5000 m2 ); 
 Possibilita operações com fluidos corrosivos; 
 Pode ser operado com líquidos, gases ou vapores. 
LADO CASCO 
LADO TUBO 
CHICANAS 
(baffles) 
Aumento das taxas de 
TC 
Trocadores de calor casco e tubo 
Trocadores de calor casco e tubo 
 Consiste de um conjunto de tubos contidos em uma carcaça (casco) 
cilíndrica. 
 Os tubos podem ser permanentemente posicionados dentro do casco: 
cabeça (cabeçote ou espelho) fixa; 
 Outra configuração permite que o conjunto de tubos possa ser 
removido para limpeza ou manutenção: cabeça flutuante (floating-
head) ou tubo em U. 
 Existe um grande número de configurações comercialmente 
disponíveis. 
Trocadores de calor casco e tubo 
Classificação de acordo com o número de passagens (passos) 
envolvidos no escoamento nos lados do casco e dos tubos 
 Tanto o fluido que escoa no lado do casco quanto o que escoa no 
lado dos tubos pode sofrer mais de uma passagem ao longo do 
trocador de calor. 
 No lado dos tubos isto é conseguido através do uso de tubos-U ou 
pela partição do cabeçote (espelho). 
 O número passagens no lado dos tubos é, em geral, de 1, 2, 4 ou 6. 
 Múltiplas passagens no lado do casco podem ser obtidas 
particionando o casco com uma chicana longitudinal. 
Trocadores de calor casco e tubo 
Trocador 1 - 2 
Uma passagem no casco Duas passagens nos tubos 
T-Calor 
1-1 
T-Calor 
1-2 
Trocadores de calor casco e tubo 
Duas passagens no lado Tubo 
(U-type) 
Duas passagens no lado Tubo 
(divisão do cabeçote) 
Uma passagem: 1-1 
Simulação do escoamento utilizando-se fluidodinâmica computacional 
Trocadores de calor casco e tubo 
Trocadores de calor casco e tubo 
MLDT – em configurações mais complicadas 
(Múltiplos passes – Fluxo Cruzados) 
 A relação obtida para MLDT é válida para trocadores de calor em 
contracorrente ou concorrente, com igual número de passagens no casco e no 
tubo (1-1, 2-2, ...). 
 Trocadores com diferentes números de passagens, uma das passagens 
estará em contracorrente enquanto a outra estará em paralelo. 
 Para estes trocadores complexos (múltiplas passagens, fluxos cruzados) a 
dedução não é simples e foge ao escopo deste curso (detalhes devem ser 
consultados no Kern). 
 Para estes casos, o calor transferido é calculado usando-se um fator de 
correção (F) aplicado à MLDT para o caso de escoamento contracorrente. 
Obtido na forma de GRÁFICOS 
Trocadores de calor casco e tubo 
q = U.A.F.TMLDT 
Tm – uma média corrigida para outras configurações 
 Tml,cc é a diferença média de temperatura para o caso de escoamento 
contracorrente com as mesmas temperaturas de entrada e saída da 
configuração “complicada”. 
O fator de correção (F) é sempre menor que 1 
para trocadores de fluxos cruzados ou 
múltiplos passes. 
O valor limite de F=1 corresponde ao T-calor 
em contracorrente. 
Portanto, o valor de F em um T-calor é uma 
medida do desvio da TMLDT do caso 
contracorrente simples. 
Trocadores de calor casco e tubo 
O fator de correção F para os casos mais comuns de escoamento cruzado 
e em múltiplos passes é obtido nas figuras a seguir, expressas em função 
de duas razões de temperatura: P e R 
efeq
efsf
TT
TT
P
,,
,,
-
-

efsf
sqeq
TT
TT
R
,,
,,
-
-

F 
P 
R 
Encontra 
F 
A água, a uma vazão de 45500 kg/h, é aquecida de 80 até 150 ºC em um 
trocador de calor que possui dois passes no casco e oito passes nos 
tubos, com uma área superficial de 925 m2. Gases quentes de exaustão, 
que possuem aproximadamente as mesmas propriedades termofísicas do 
ar, entram no trocador a 350 ºC e o deixam a 175 ºC. Determine o 
coeficiente global de transferência de calor. 
Exemplo 5 
Exemplo 6 
Um trocador de calor casco e tubos (dois passes no casco e quatro 
passes no tubo) é usado para aquecer 10000 kg/h de água pressurizada 
de 35 ºC a 120 ºC, utilizando 5000 kg/h de água pressurizada que entra 
no trocador a 300 ºC. Sendo U = 1500 W/m2.K, determine a área de 
transferência de calor requerida. Assuma que a temperatura de saída da 
corrente quente é de aproximadamente 150 ºC. 
Trocadores de calor casco e tubo 
Método da Efetividade – NUT para análise térmica de trocadores de calor 
NUT NUT 
(a) Correntes Paralelas (b) Contracorrente 
Trocadores de calor casco e tubo 
NUT NUT 
(c) Um passe no casco e dois, quatro, 
 seis, etc. passes nos tubos 
(d) Dois passes no casco e quatro, 
 oito, doze, etc. passes nos tubos