13. Trocadores de Calor

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Trocadores de Calor 
Profª Fernanda Mazuco Clain 
Projeto e Análise de 
Desempenho 
Projeto 
• Determinação das condições de processo, 
vazões, temperaturas e pressões das correntes 
envolvidas; 
 
• Determinação das propriedades físicas 
necessárias, tais como densidade, calor 
específico, viscosidade e condutividade 
térmica; 
Projeto 
• Escolha do tipo de trocador; 
 
• Estimativa preliminar da área; 
 
• Avaliação térmica do modelo escolhido, 
conduzindo a elaboração de modificações no 
modelo proposto ou sua rejeição. 
Critérios Básicos 
• O fluido mais corrosivo, mais causador de 
depósitos ou de maior pressão deve escoar 
dentro dos tubos; 
• O fluido mais viscoso ou fluido gasoso deve 
passar pelo casco; 
• A necessidade de materiais especiais é 
usualmente mais econômica quando aplicada 
aos tubos; 
Critérios Básicos 
• A condensação de fluidos é feita do lado do 
casco, por apresentar maior facilidade de 
remoção do condensado; 
 
• Quando o condensado for corrosivo deve este 
deve ficar no interior dos tubos. 
Diferença Média Logarítmica de 
Temperatura 
• Método de avaliação e projeto quando as 
temperaturas de entrada e saídas dos fluidos 
são conhecidas ou facilmente obtidas; 
 
 
 
 
∆𝑇𝑚𝑙=
𝑇𝑞2 − 𝑇𝑓2 − 𝑇𝑞1 − 𝑇𝑓1
ln
𝑇𝑞2 − 𝑇𝑓2
𝑇𝑞1 − 𝑇𝑓1
 
Diferença Média Logarítmica de 
Temperatura 
Para trocadores com único passe 
 
𝑄 = 𝑚 . 𝑐𝑝. ∆𝑇𝑀𝐿 
 
Para trocadores com múltiplos passes 
 
𝑄 = 𝑚 . 𝑐𝑝. 𝐹. ∆𝑇𝑀𝐿 
Diferença Média Logarítmica de 
Temperatura 
• Fator de Correção (F) 
𝐹 = 𝐹 𝑃, 𝑅, 𝑐𝑜𝑛𝑓𝑖𝑔𝑢𝑟𝑎çã𝑜 
 
Efetividade Térmica 
𝑃 =
𝑇𝑓2 − 𝑇𝑓1
𝑇𝑞1 − 𝑇𝑓1
 
 
Razão entre as taxas de capacidades térmicas 
𝑅 =
𝑇𝑞1 − 𝑇𝑞2
𝑇𝑓2 − 𝑇𝑓1
 
Diferença Média Logarítmica de 
Temperatura 
• Fator de Correção (F) 
Diferença Média Logarítmica de 
Temperatura 
• Fator de Correção (F) 
Diferença Média Logarítmica de 
Temperatura 
• Fator de Correção (F) 
Diferença Média Logarítmica de 
Temperatura 
• Fator de Correção (F) 
Fonte: Kakaç 
Método da efetividade - NUT 
• Usado para análise de trocadores de calor 
quando as temperaturas não são conhecidas; 
• A efetividade é a relação entre a transferência 
de calor real e a máxima possível 
 
𝜀 = 
𝑄
𝑄𝑚á𝑥
 
 
Método da efetividade - NUT 
• Capacitância térmica 
 
𝐶 = 𝑚. 𝑐𝑝 
 
𝑄 = 𝐶. ∆𝑇 
 
𝑄 𝑚á𝑥 = 𝐶𝑚í𝑛. ∆𝑇 𝑚á𝑥 
 
Método da efetividade - NUT 
• Capacitância térmica 
 
∆𝑇 𝑚á𝑥= 𝑇𝑞𝑒 − 𝑇𝑓𝑒 
 
𝑄 = 𝐶𝑞 . ∆𝑇 𝑞= 𝑄 = 𝐶𝑓 . ∆𝑇 𝑓 
 
𝑄 𝑚á𝑥 = 𝐶𝑚í𝑛. ∆𝑇 𝑚á𝑥 
 
Método da efetividade - NUT 
• Efetividade 
𝜀 = 
𝐶𝑞 . 𝑇𝑞𝑒 − 𝑇𝑞𝑠
𝐶𝑚í𝑛. 𝑇𝑞𝑒 − 𝑇𝑓𝑒
 
 
ou 
 
𝜀 = 
𝐶𝑓 . 𝑇𝑓𝑠 − 𝑇𝑓𝑒
𝐶𝑚í𝑛. 𝑇𝑞𝑒 − 𝑇𝑓𝑒
 
Método da efetividade - NUT 
• NUT (Número de unidades de transferência) 
– É uma medida do “tamanho térmico” do trocador 
em função da “quantidade” de material por ele 
processado. 
𝑁𝑈𝑇 = 
𝑈. 𝐴 
𝐶𝑚í𝑛
 
 
 
𝑄 = 𝜀. 𝐶𝑚í𝑛. ∆𝑇 𝑚á𝑥 
Método da efetividade - NUT 
• Relações de Efetividade 
Método da efetividade - NUT 
• Relações de NUT 
Fonte: Incropera 
Método da efetividade - NUT 
• Correntes Paralelas 
Método da efetividade - NUT 
• Contra Corrente 
Método da efetividade - NUT 
• Correntes Cruzadas 
Método da efetividade - NUT 
• Multipasses 
Referências Bibliográficas 
• Kakaç, S.; Bergles, A. E.: Heat Exchanger: 
Selection, Rating and Thermal design – Second 
edition – McGraw-Hill Books Company, 1981; 
 
• Incropera, F. P.; Witt, D. P.: Fundamentos de 
transferência de calor e massa – McGraw-Hill 
Books Company, 2006.