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ENG-278 – Transferência de Calor e de Massa 
Capítulo 11 – Trocadores de Calor 
 1
Trocadores de calor 
Arranjo do escoamento 
 
Correntes paralelas 
 
Correntes Contrárias 
 
 
Correntes Cruzadas 
Não misturado 
 
Um fluido misturado 
 
 
Correntes mistas 
 
 
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Trocadores de calor 
Tipos de construção 
 
Correntes cruzadas 
 
 
Casco e tubo 
 
Saída do 
casco 
Entrada 
no casco 
Entrada 
no tubo 
Saída 
do tubo 
 
 
 
Compactos (Área/Volume ≥ 700 m2/m3) 
 
Fluido Quente
Fluido Frio
 
 
 
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Trocadores Casco e Tubo 
 
 
 
Identificação 
Padrão TEMA (Tubular Exchanger Manufactures Association) 
 
 
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Trocadores Casco e Tubo 
 
 
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Trocadores Casco e Tubo 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Trocadores compactos 
Trocador de placas 
 
Usado para fluidos viscosos. Comum nas indústrias de alimentos. 
 
 
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Trocadores compactos 
Trocador de placas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Fator de correção da média logarítmica 
da diferença de temperatura 
Exemplo de gráfico (página 460) 
 
 
Te, Ts = Temperaturas de entrada e saída do fluido quente. 
te, ts = Temperaturas de entrada e saída do fluido frio. 
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Relação Efetividade-Número de Unidades 
de Transferência (ε-NUT) 
Exemplo de gráfico (página 467) e Equação (página 465) 
 
 
 
Eq. 11.33: ( )[ ]






−−−= 1
1
1 780220 ,r
,
r
NUTCexpNUT
C
expε 
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Exemplo 11.2 
 
Um trocador de calor de casco e tubo deve ser projetado para aquecer 2,5 
kg/s de água de 15 a 85ºC. O aquecimento deve ser realizado pela 
passagem de óleo quente que se encontra a 160ºC, através do lado do 
casco do trocador. Sabe-se que o óleo de motor fornece um coeficiente de 
convecção he = 400 W/m
2⋅K no lado externo dos tubos (carcaça). A água 
escoa no interior de 10 tubos, cada tubo apresenta parede delgada de D = 
25 mm de diâmetro, e faz oito passes no casco. Se o óleo deixa o trocador 
a 100ºC, qual sua taxa mássica de escoamento? Qual deve ser o 
comprimento dos tubos para fornecer o aquecimento desejado? 
 
Dados 
 
Propriedades do óleo de motor (Tabela A5) - CTh º130= 
cp = 2350 J/kg⋅K 
 
Propriedades da água (Tabela A6) - CTc º50= 
cp = 4181 J/kg⋅K 
µ = 5,48×10-4 kg/m⋅s 
k = 0,643 W/m2⋅K 
Pr = 3,56 
 
Correlações para escoamento interno 
 
Escoamento laminar 
.36,4 constq
k
hD
Nu sD =′′=≡ 
.66,3 constT
k
hD
Nu sD ==≡ 
 
Escoamento Turbulento 
Correlação de Colburn 
 
( ) ( )msms
n
DD
TTnouTTn
Nu
<=>=
=
3,04,0
PrRe023,0 54
 
101000016070 ≥≥<< DLRePr, D 
 
 
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Exemplo 11.3 
 
Gases quentes de exaustão entram em um tubo aletado de um trocador de 
calor com correntes cruzadas a 300 ºC e saem a 100 ºC. Estes gases são 
utilizados para aquecer água pressurizada a uma vazão de 1 kg/s de 35 a 
125 ºC. O calor específico do gás de exaustão é aproximadamente 1000 
J/kg⋅K e o coeficiente global de transferência de calor é U = 100 W/m2⋅K. 
Determine a área necessária para a troca de calor utilizando a) o método e-
NUT e b) o método DTML. 
 
Dados 
 
Propriedades da água (Tabela A6) - CTc º80= 
cp = 4197 J/kg⋅K 
 
Propriedades do gás de exaustão 
cp = 1000 J/kg⋅K 
 
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Exercício 11.23 
 
Um radiador de automóvel pode ser visto como um trocador de calor, 
como mostrado. 
 
Água com vazão de 0,05 kg/s entra no radiador a 400 K e sai a 330 K, 
sendo resfriada pelo ar que entra a 0,75 kg/s e 300 K. 
(a) Classifique o trocador quanto ao arranjo do escoamento. 
(b) Se o coeficiente global de transferência de calor é de 200 W/m2⋅K, qual 
é a área da superfície necessária para a transferência de calor? Compare os 
resultados usando os métodos MLDT e ε-NUT. 
 
Dados 
 
Propriedades da água (Tabela A.6) - CTh º365= 
cp = 4209 J/kg⋅K 
 
Propriedades do Ar (Tabela A.4) - CTc º310≈ 
cp = 1007 J/kg⋅K 
 
 
 
 
 
 
 
Água 
Th,e 
Ar Atmosférico 
V, Tc,e 
Tc,s 
Placas 
Th,s 
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Exercício 11.43 
 
Um trocador de calor de placa aletada é utilizado para condensar vapor 
saturado de R-12 em um sistema de ar condicionado, conforme a figura 
abaixo. 
 
 
O vapor possui uma temperatura de saturação de 45 ºC, e uma taxa de 
condensação de 0,015 kg/s é necessária para os requisitos de desempenho 
do sistema. O projeto do condensador deve ser baseado na temperatura 
nominal de entrada do ar Tc,e = 30 ºC, com área frontal Afr = 0,25 m
2 e 
velocidade nominal do ar V = 2 m/s, para o qual o catálogo do fabricante 
do trocador de calor indica um coeficiente global de U = 50 W/m2⋅K. 
(a) Classifique o trocador quanto ao arranjo do escoamento. 
(b) Qual é o valor correspondente da área da superfície de transferência de 
calor necessária para atingir a taxa de condensação necessária? 
(c) Qual é a temperatura de saída do ar? Considere calor latente do R-12 hl 
= 1,35×105 J/kg, ρar = 1,17 kg/m
3 e Cpar = 1007 J/kg⋅K. 
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Figura 11.12 - Fator de correção para um trocador de calor de passe único com correntes 
cruzadas e dois fluidos não misturados. 
 
 
Figura 11.18 – Efetividade para um trocador de calor de passe único com correntes cruzadas e 
dois fluidos não misturados (equação 11.33). 
 
( ) ( )[ ]{ }





−−





−=ε 1exp
1
exp1 78,022,0 NUTCNUT
C
r
r