Informe o lote, a área da camisa ou serpentina, o U e o meio (vapor ou fluido) para saber em quanto tempo o produto chega à temperatura, quanto calor e vapor a batelada consome e quanto custa por lote e por ano.
Ferramenta de pré-dimensionamento e estimativa: os resultados não substituem projeto, cálculo ou laudo assinado por profissional habilitado nem a verificação conforme as normas aplicáveis.
Produto (linha cheia) e meio de aquecimento ou resfriamento (tracejado). A curva achata perto do fim porque a diferença de temperatura diminui.
Mesmo lote com U de 50% a 150% do informado. Mostra quanto o resultado depende do coeficiente de troca.
Temperatura prevista do produto, potência trocada e consumo acumulado a cada intervalo. Use para conferir a batelada real no painel.
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Ela estima quanto tempo um tanque com camisa ou serpentina leva para aquecer ou resfriar um lote, quanto calor e vapor a batelada consome e quanto isso custa por lote e por ano. Use para planejar a sequência de produção, comparar vapor com água quente ou óleo térmico, avaliar se vale aumentar a área de troca e conferir se uma batelada real está mais lenta do que deveria.
Pelas equações de batelada de Kern (Process Heat Transfer, cap. 18), supondo produto bem misturado. Com vapor, t = C ÷ (U·A) × ln[(Ts − Ti) ÷ (Ts − Tf)], em que C é a massa vezes o calor específico do produto mais a do tanque. No exemplo, 5.000 kg de produto (cp 3,9 kJ/kg·K) e 1.200 kg de aço, de 25 °C a 80 °C com vapor a 3 bar(g) (143,7 °C), U de 600 W/(m²·K) e 10 m² de camisa, levam 35 minutos.
O vapor condensa a temperatura constante, então só a temperatura do produto muda. Um fluido sem mudança de fase esfria (ou esquenta) ao passar pela camisa e sai entre a temperatura de entrada e a do produto; aí entra o fator K = e^(U·A ÷ ṁ·cp) de Kern, e a vazão do fluido também limita a troca. No exemplo de resfriamento, levar os 5.000 kg de 80 °C para 35 °C com água de torre a 28 °C, 10.000 kg/h e U de 350 W/(m²·K) leva 3 h 42 min.
A lista traz valores centrais da tabela de coeficientes globais típicos de Sinnott (Coulson & Richardson, vol. 6): camisa com vapor e solução aquosa, 500 a 700 W/(m²·K); serpentina com vapor em tanque agitado, 800 a 1.500. É a maior incerteza do cálculo: no exemplo, U 30% menor leva a batelada para 50 minutos e 30% maior, para 27. O melhor é calibrar: anote a temperatura do produto em dois momentos de uma batelada real e ajuste U até a curva coincidir.
No exemplo, a batelada consome 546 kg de vapor, já com 5% de perdas para o ambiente, porque cada quilo de vapor a 3 bar(g) entrega cerca de 2.133 kJ ao condensar. A vazão não é constante: no início, com o produto frio, chega a 1.266 kg/h e cai até o fim, com média de 942 kg/h. Válvula de controle, linha, purgador e capacidade da caldeira devem atender o pico, não a média.
Com vapor a R$ 150 por tonelada, a batelada do exemplo custa R$ 81,83 e 600 bateladas por ano somam cerca de R$ 49 mil. Para reduzir: isolar tampa e costado (perdas de 10% a 20% em tanque nu), retornar o condensado à caldeira, manter a camisa limpa e drenada (purgador e eliminador de ar funcionando) e não aquecer além do necessário, já que os últimos graus são os mais lentos.
O cálculo supõe produto homogêneo, U e cp constantes e não considera ar ou condensado retidos na camisa, produto que engrossa ou reação que libera calor. É um pré-dimensionamento. A camisa de vapor é vaso de pressão sujeito à NR-13: pressão de trabalho, válvula de segurança e inspeções exigem profissional habilitado, assim como o projeto de uma nova área de troca ou de um agitador.
Aviso importante: as ferramentas do Indus Metrics fazem estimativas e pré-dimensionamentos a partir dos dados informados e de métodos de engenharia publicados. Não substituem projeto, memorial ou laudo assinado por profissional habilitado (CREA/ART), nem a verificação conforme as normas técnicas e a legislação aplicáveis, como as Normas Regulamentadoras do Ministério do Trabalho. Propriedades de materiais e combustíveis variam: confira com o fabricante ou com análises do seu processo antes de decidir. Ao usar o site, você concorda com os Termos de Uso.
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