Início / Calor e fluidos

Tempo de aquecimento e resfriamento de tanque em batelada

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.

Pré-dimensionamentoRevisão 02/11/2026
Produto no tanque
Troca de calor
Meio de aquecimento ou resfriamento
Perdas e custos

Ao trocar o meio, a calculadora sugere temperaturas e U de partida; confira com os dados do seu tanque. Custo do fluido: aquecimento por óleo ou água quente costuma ser cobrado por kWh de calor; água de torre ou gelada, por kWh retirado (energia ÷ COP do chiller) ou por m³ circulado.

Os dados ficam só neste navegador e não são enviados. Desmarque para apagar.

—Tempo da batelada
—

Temperatura ao longo da batelada

Produto (linha cheia) e meio de aquecimento ou resfriamento (tracejado). A curva achata perto do fim porque a diferença de temperatura diminui.

Toque no gráfico para ver os valores.

Tempo conforme o U real

Mesmo lote com U de 50% a 150% do informado. Mostra quanto o resultado depende do coeficiente de troca.

Toque no gráfico para ver os valores.

Tabela de acompanhamento da batelada

Temperatura prevista do produto, potência trocada e consumo acumulado a cada intervalo. Use para conferir a batelada real no painel.

Próximo passo

Leve os resultados desta página para outra calculadora, com os campos já preenchidos.

O memorial reúne entradas, resultados, equações, hipóteses e referências desta página, com campos para projeto, responsável e revisão. O relatório completo traz também os gráficos e as interpretações, em cores. Na janela de impressão, escolha Salvar como PDF.

Método, hipóteses e referências

Equações usadas

Capacidade térmica: C = M · cp + M_tanque · cp_tanque; U·A em W/K
Vapor condensando (meio isotérmico, Kern cap. 18): t = C ÷ (U·A) · ln[(Ts − Ti) ÷ (Ts − Tf)]; T(t) = Ts − (Ts − Ti) · e^(−U·A·t/C)
Fluido sem mudança de fase (Kern cap. 18): K = e^(U·A ÷ (ṁ·cp_f)); t = C ÷ (ṁ·cp_f) · K ÷ (K − 1) · ln[(Te − Ti) ÷ (Te − Tf)] (aquecimento e resfriamento)
Saída do fluido: Ts(t) = T + (Te − T) ÷ K; potência q = ṁ·cp_f · (1 − 1/K) · (Te − T)
Calor útil Q = C · |Tf − Ti|; calor fornecido = Q ÷ (1 − perdas); vapor = calor fornecido ÷ h_fg(p); pico = U·A·(Ts − Ti) ÷ (1 − perdas) ÷ h_fg

Hipóteses e limites

  • Produto bem misturado (temperatura uniforme no tanque), U, cp e vazão constantes durante a batelada, área molhada constante. As perdas entram no consumo e no custo, mas não alongam o tempo; no resfriamento, ganhos de calor do ambiente são desprezados.
  • Vapor saturado condensa à temperatura de saturação da pressão informada (IAPWS-IF97) e sai como condensado saturado; ar ou condensado retido na camisa reduzem a troca e não estão no cálculo.
  • U é a maior incerteza: os valores típicos (Sinnott, tabela de coeficientes globais) variam de 2 a 3 vezes entre limites. O resultado é uma estimativa de pré-dimensionamento; para projeto, calcule os coeficientes de película (Bondy & Lippa) ou meça numa batelada real.

Normas e documentos técnicos

  • Kern, D. Q. Process Heat Transfer. McGraw-Hill, 1950, ch. 18 (Batch and unsteady-state processes)
  • Bondy, F.; Lippa, S. Heat transfer in agitated vessels. Chemical Engineering, 90(7), Apr. 4, 1983, p. 62–71
  • Sinnott, R. K. Coulson & Richardson’s Chemical Engineering, Vol. 6: Chemical Engineering Design, 4th ed. Elsevier, 2005, ch. 12 (typical overall coefficients; jacketed vessels and coils)
  • Green, D. W.; Perry, R. H. Perry’s Chemical Engineers’ Handbook, 8th ed. McGraw-Hill, 2008, Section 11 (heat transfer in agitated vessels)
  • IAPWS-IF97: Industrial Formulation 1997 for the Thermodynamic Properties of Water and Steam

Legislação e regulamentos no Brasil

  • NR-13: Caldeiras, vasos de pressão, tubulações e tanques metálicos de armazenamento (camisas de vapor são vasos de pressão)
  • NR-12: Segurança no trabalho em máquinas e equipamentos (agitadores)

Perguntas frequentes

O que esta calculadora resolve?

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.

Como o tempo de aquecimento é calculado?

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.

Qual a diferença entre usar vapor e água quente, óleo térmico ou água de resfriamento?

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.

De onde tiro o valor de U?

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.

Como ler o consumo e o pico de vapor?

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.

Quanto custa cada batelada e como reduzir?

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.

Quais os limites do cálculo e quando chamar um profissional?

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.