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MECÂNICA 
DOS 
FLUIDOS 
 
UNIDADE 04: Introdução à 
transferência de calor 
 
Seção 02: Introdução à trocadores de calor 
Prof. MSc. Álvaro Cordeiro 
Faculdade Pitágoras 
CALOR 
U4S2 - Introdução à trocadores de calor 
 
Trocadores de calor 
 
Os trocadores de calor são equipamentos utilizados para promover a transferência de calor entre 
fluidos, a diferentes temperaturas, que se encontram separados por uma parede sólida. Os 
trocadores de calor são classificados basicamente de acordo com o arranjo do escoamento e o tipo 
de construção. 
 
O tipo de trocador mais simples, mostrado na Figura abaixo, é o de tubos concêntricos, também 
chamado de bitubular. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Distribuição de temperaturas em um trocador de calor de correntes paralelas e correntes opostas: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ΔTMax 
(TEQ) (TSQ) 
(TSF) 
(TEF) 
(TEQ) (TSQ) 
(TEF) 
(TSF) 
TEQ TSQ 
TSF 
TEF 
 
TEQ TSQ 
TEF 
TSF 
TEQ 
TEF 
ΔTMin 
TSQ 
TSF 
TEQ 
TSF 
TSQ 
TEF 
ΔTMax 
ΔTMin 
Onde para correntes paralelas o ΔTMax será a diferença entre as temperaturas de entrada quente e 
fria (TEQ – TEF) e ΔTMin será a diferença entre as temperaturas de saída quente e fria (TSQ – TSF) e para 
correntes opostas o ΔTMax será a diferença entre as temperaturas de saída quente e entrada fria (TSQ 
– TEF) e ΔTMin será a diferença entre as temperaturas de entrada quente e saída fria (TEQ – TSF). 
 
 
 
 
 
 
Média Logarítmica das Diferenças de Temperatura (MLDT): Como a variação de temperatura ao 
longo do trocador não é linear, para o cálculo do MLDT usaremos uma média logarítmica que será o 
quociente da diferença da temperatura Máxima e Mínima pela razão logarítmica dessas 
temperaturas. 
 
 
 
 
 
Ex2: Num trocador de calor bitubular onde o fluido quente entra a 900 °C e sai a 600 °C e o fluido 
frio entra a 100 °C e sai a 500 °C, qual o MLDT para: 
a) correntes paralelas; 
b) correntes opostas. 
 
a) Paralelas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
b) Opostas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MLDT T TT
T
=
-D D
D
D
max min
max
min
ln
TEQ
E
Q 
TEF TSF 
TSQ 
SFSQMin
EFEQMax
T-TT
T-TT
:Paralelas Correntes
=D
=D
SFEQMin
EFSQMax
T-TT
T-TT
:Opostas Correntes
=D
=D
SFSQMin
EFEQMax
T-TT
T-TT
:Paralelas Correntes
=D
=D
SFEQMin
EFSQMax
T-TT
T-TT
:Opostas Correntes
=D
=D
TEQ
E
Q TEF 
TSF 
TSQ 
Outro tipo de trocador de calor comumente encontrado na indústria é o trocador de casco e tubo. 
Existem inúmeras configurações desses trocadores, e a principal variável é o número de passes no 
casco e nos tubos, sendo comum encontrarmos trocadores de calor com dois passes no casco e 
com dois ou quatro passes nos tubos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Análise de trocadores de calor 
 
Uma parte essencial da análise de qualquer trocador de calor é a determinação do coeficiente 
global de transferência de calor (U). O coeficiente global é definido em termos da resistência 
térmica total para a transferência de calor para dois fluidos. 
 
Iniciando os cálculos para o projeto ou análise de desempenho de um trocador de calor, é essencial 
relacionarmos a taxa total de transferência de calor a grandezas, tais como as temperaturas de 
entrada e saída do fluido, o coeficiente global de transferência de calor e a área total da superfície 
para a transferência de calor. 
 
Balanço Térmico ou Taxa de Transferência de Calor em Trocadores (qT): 
 
Considerando-se que a transferência de calor entre o trocador e sua vizinhança é desprezível, assim 
como as variações de energias potencial e cinética do fluido, a aplicação da equação de energia em 
um escoamento em regime estacionário, para o caso em que os fluidos não sofrerem mudança de 
fase e forem considerados com calores específicos (cp) constantes, temos que a equação da energia 
para o fluido frio e o fluido quente é dada por: 
 
 quando fluido entra Q e sai F 
 
onde: quando fluido entra F e sai Q 
 
 
Em que “qT” é o balanço térmico (ou taxa total de transferência de calor em um Trocador de Calor) 
entre os fluidos quente e frio (dado em W); “m” é a massa em vazão do fluido (dado em Kg/s) e “cp” 
é o calor específico à pressão constante que depende do fluido que troca calor (dado em J/Kg°C). 
Calor específico é uma grandeza física intensiva que define a variação térmica de determinada 
substância ao receber determinada quantidade de calor. Também é chamado de capacidade 
térmica mássica. 
 
Tcmq pT D= ..
)( SE TTT -=D
 
 
Coeficiente Global de Transferência de Calor (U): 
 
Tal expressão seria uma extensão da Lei de Newton do resfriamento, com o coeficiente global de 
transferência de calor (sendo) “U” utilizado em lugar do único coeficiente de convecção “h”. 
Entretanto, uma vez que (e) ∆TM a variação de temperatura de acordo com o tamanho do trocador 
de calor, é necessário trabalhar com a (então) equação do coeficiente global fica da seguinte forma: 
 
 
 
 
 
onde “∆Tm” é a diferença de temperatura média apropriada que será exatamente a Média 
Logarítmica das Diferenças de Temperaturas (ou o MLDT), então concluímos que o Coeficiente 
Global de Transferência de Calor em um trocador de Calor será: 
 
 
 
 
 
Ex3: Ar escoa por um trocador de calor com uma vazão em massa de 10 kg/s. O ar entra no 
trocador de calor com uma temperatura de 27°C e sai com uma temperatura de 100°C. Para um 
escoamento em regime estacionário, considerando o calor específico do ar constante igual a 1,007 
kJ/kg°C, a taxa total de transferência de calor é de aproximadamente: 
 
 
a) 612 kW. 
b) 735 kW. 
c) 844 kW. 
d) 923 kW. 
e) 1001 kW. 
 
Ex4: Em um trocador de calor bitubular 0,15 kg/s de água (cp = 4,181 KJ/kg°C) é aquecida de 40°C 
para 80°C. O fluido quente é óleo e o coeficiente global de transferência de calor para o trocador é 
de 250 W/m2°C. Determine a área de troca, se o óleo entra a 105°C e sai a 70°C. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CMLDTMLDT
CT
CT
T
T
TTM
Min
Max
Min
Max
MinMax
°=\
÷
ø
ö
ç
è
æ
-
=
°=-=D
°=-=D
÷÷
ø
ö
çç
è
æ
D
D
D-D
=
42,27
25
30ln
2530
2580105
304070
ln
LDT :MLDT do Cálculo
TEQ 
105 
TEF 
40 
TSF 
80 
TSQ 
70 
TEQ
EQ 
TSQ 
TSF 
TEF 
CmWU
CkgJcCkgKJc
skgm
pp
OH
°=
°=\°=
=
²./250
/4181/181,4
/15,0
:Dados
2
).( M
T
TA
qU
D
=
).(MLDTA
qU T=
Lei de Newton do Resfriamento: 
qc = h . A . (Ts – Tꚙ) 
Substituindo h por U e (Ts – Tꚙ) por DTM temos: 
qT = U . A . DTM, então: