RESUMO UNIDADE 02 OPERAÇÕES UNITÁRIAS 2 BASEADO NAS QUESTÕES DO AVA

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– 7º í – í
 
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Unidade 2 – Baseado nas questões do AVA 
 Trocadores de calor do tipo casco tubo 
 
 
As(os) chicanas representadas(os) na figura pela letra B são 
responsáveis por garantir o fluxo cruzado do fluido do(s) casco, propiciando 
uma troca térmica mais eficiente entre os fluidos. 
Incrustações e queda de pressão nos trocadores de calor: 
Tanto a perda de carga quanto a deposição de sujeiras estão associadas à 
velocidade de escoamento em um trocador de calor. 
A perda de carga consiste na queda de pressão entre a entrada e a saída 
do equipamento, tanto para o casco quanto para os tubos. 
Arranjos mecânicos usados no trocador de calor casco tubo 
 
 
Classificação 1 – casco tipo F 
Classificação 2 – casco tipo X 
Classificação 3 – casco tipo E 
 
 Os coeficientes globais de troca térmica são de dois tipos: um 
considerando o depósito de sujeira e outro do trocador sem incrustação. 
 Não existe um coeficiente convectivo de troca térmica para cada trocador 
de calor. 
 Os coeficientes convectivos dependem da velocidade de escoamento dos 
fluidos, ou seja, do regime de escoamento. 
 A Equação de Sieder-Tate, não é utilizada nas correlações para o cálculo 
do coeficiente global de troca térmica. A Equação de Sieder-Tate é utilizada para 
calcular o coeficiente convectivo de troca térmica para o fluido do lado interno 
dos tubos (hi) 
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Trocadores de calor casco e tubo: 
Uma desvantagem dos trocadores de calor casco e tubo consiste na sua 
inflexibilidade construtiva. 
Os trocadores de calor casco e tubo caracterizam-se por uma elevada 
área de troca térmica em um volume relativamente pequeno, o que representa 
baixo custo por unidade de área de troca térmica. 
Os arranjos usuais dos feixes de tubos são triangular e quadrangular, 
sendo o arranjo quadrangular que mais facilita a limpeza externa dos tubos. 
O escoamento para um trocador de calor casco e tubo nem é em correntes 
paralelas nem em contracorrente. Muitas vezes, o escoamento apresenta uma 
configuração complicada, com diversas correntes. 
Trocadores de calor casco e tubo – diferença de temperatura média corrigida. 
Igualdade da área de troca térmica de cada uma das passagens. 
O fluido do lado do casco deve estar bem misturado, de forma que sua 
temperatura na seção transversal seja uniforme. 
Inexistência de mudança de fase dos fluidos. 
As perdas de calor da unidade são insignificantes. 
O coeficiente global de transferência de calor e os calores específicos 
devem ser constantes em todo o trocador. 
Método da efetividade-NUT. 
São conhecidas as temperaturas de entrada dos fluidos, mas não são 
suas temperaturas de saída. 
Configuração do trocador de calor casco e tubo: 
1º. Projetar o trocador mais simples e mais barato. 
2º. Utilizar as correlações Z e X para obtenção de Y. 
3º. Comparar o valor de Y com o mínimo necessário. 
4º. Sendo Y menor que 0,80, projetar um trocador com mais passagens 
no casco. 
 
 
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Operação do trocador de calor casco e tubo: 
 O fator corretivo é de 0,92, tendo atingido o valor mínimo necessário. 
Os trocadores de calor podem possuir diversas configurações de acordo com 
os números de passos no casco e nos tubos: 
 
 
 
Fig. (1) – Três passos no casco e 
seis passos nos tubos. 
Fig. (2) – Dois passos no casco e 
quatro passos nos tubos. 
Fig. (3) – Um passo no casco e 
dois passos nos tubos. 
 
Sobre o projeto de trocadores de calor casco e tubo: 
Também é conhecido como projeto termo-hidráulico. 
Os métodos de cálculo diferenciam-se, de forma geral, em suas formas 
de calcular o coeficiente convectivo do lado do casco e a queda de pressão. 
Dentre os métodos de cálculo dos trocadores casco e tubo, o menos 
utilizado é o de Tinker. 
O método mais simples de cálculo dos trocadores casco e tubo é o de Kern. 
Sobre o método de Kern, utilizado no projeto de trocadores de calor casco e 
tubo: 
 Sua precisão de cálculo é inferior à de outros métodos. 
 Desconsidera os efeitos das correntes que se formam devido a 
vazamentos e by-pass. 
 Utiliza a seguinte equação para cálculo do coeficiente convectivo de 
transmissão de calor do lado do casco: 
 
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O projeto de trocadores de calor casco e tubo consiste nas seguintes etapas: 
1º. Cálculo da quantidade de calor a ser trocada. 
2º. Obtenção da diferença de temperatura média corrigida. 
3º. Cálculo dos coeficientes de troca térmica. 
4º. Quantificação da área de troca térmica. 
5º. Avaliação da perda de carga. 
 
Sobre o cálculo de alguns parâmetros necessários para o projeto de trocadores 
de calor casco e tubo: 
 O cálculo da temperatura na parede dos tubos depende se no interior dos 
tubos circula o fluido quente ou frio. 
 Para cálculo do fator de incrustação, são considerados os coeficientes 
globais de troca térmica com e sem incrustação. Sendo o projeto de um trocador 
aceito quando o valor calculado for maior que o verdadeiro. 
 Sobre o coeficiente global de troca térmica, tem-se 
 (Lei de Resfriamento de Newton) 
 O excesso de área de troca térmica compara o valor de projeto com a área 
realmente necessária, a qual é obtida a partir do coeficiente global de troca 
térmica com incrustação. 
Sobre o método de Bell-Delaware e as correntes da figura: 
 
 
 
 
 
 
 O método de Bell-Delaware é mais preciso que o de Kern porque 
considera complexidades inerentes ao funcionamento dos trocadores de calor 
casco e tubo, como as características do corte das chicanas. 
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 A corrente principal através do feixe de tubos é representada na figura 
pela letra B. 
 A corrente A representa o escoamento pelos espaçamentos entre tubos e 
chicanas. 
 A corrente C corresponde ao fluxo entre o casco e o feixe de tubos.