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Trocador de calor: MLDT e área

Informe vazões e temperaturas dos dois fluidos, o arranjo e o coeficiente global e obtenha o calor trocado, a temperatura de saída, a MLDT, o fator F, a área e o retorno do investimento quando o calor é recuperado.

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-dimensionamento
Fluido quente
Fluido frio
Trocador
Recuperação de calor

Se o calor recuperado substitui vapor ou combustível, informe o custo do calor entregue (preço por GJ ÷ rendimento).

Análise econômica
—Área de troca necessária
—

Perfil de temperaturas ao longo do trocador

Temperaturas dos dois fluidos ao longo da área, pelo método ε-NTU.

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Calor recuperado e área conforme a saída do fluido quente

Resfriar mais o fluido quente recupera mais calor, mas a área cresce rápido perto do limite.

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Retorno do projeto

Fluxo de caixa da melhoria: investimento no ano 0 e economia anual corrigida pelo aumento informado, descontada pela TMA.

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O memorial reúne entradas, resultados, equações, hipóteses e referências desta página, com campos para projeto, responsável e revisão. Na janela de impressão, escolha Salvar como PDF.

Método, hipóteses e referências

Equações usadas

Balanço: Q = ṁq · cpq · (Tq,e − Tq,s) = ṁf · cpf · (Tf,s − Tf,e)
MLDT = (ΔT1 − ΔT2) ÷ ln(ΔT1 ÷ ΔT2); contracorrente: ΔT1 = Tq,e − Tf,s, ΔT2 = Tq,s − Tf,e
Fator F (1 passe no casco, 2+ nos tubos): F = √(R²+1) · ln[(1 − P) ÷ (1 − PR)] ÷ {(R − 1) · ln[(2 − P(R + 1 − √(R²+1))) ÷ (2 − P(R + 1 + √(R²+1)))]}
U com incrustação: 1 ÷ Ud = 1 ÷ Ulimpo + Rf; área: A = Q ÷ (Ud · F · MLDT)
Efetividade: ε = Q ÷ (Cmín · (Tq,e − Tf,e)); NTU = Ud · A ÷ Cmín

Hipóteses e limites

  • Calores específicos constantes, sem mudança de fase e sem perdas para o ambiente.
  • U informado pelo usuário: o coeficiente real depende das velocidades, da geometria e das propriedades dos fluidos (Kern, Bell-Delaware).
  • O perfil de temperaturas do casco e tubos é desenhado como contracorrente equivalente (UA corrigido por F).
  • Investimento proporcional à área; perda de carga e custo de bombeamento não incluídos.

Normas e documentos técnicos

  • TEMA, Standards of the Tubular Exchanger Manufacturers Association, 10th ed. (2019): fouling resistances and construction
  • Bowman, R. A.; Mueller, A. C.; Nagle, W. M. (1940). Mean temperature difference in design. Trans. ASME 62
  • Kern, D. Q., Process Heat Transfer; Incropera, F. P. et al., Fundamentals of Heat and Mass Transfer (ε-NTU)
  • ASME BPVC Section VIII, Division 1: shell-and-tube exchangers as pressure vessels

Legislação e regulamentos no Brasil

  • NR-13: trocadores de calor que se enquadram como vasos de pressão exigem placa, prontuário, inspeções e dispositivos de segurança
  • Lei nº 10.295/2001 (Política Nacional de Conservação e Uso Racional de Energia)

Perguntas frequentes

Como calcular a área de um trocador de calor?

Faça o balanço para achar o calor trocado e a temperatura que falta, calcule a MLDT entre as pontas e divida: A = Q ÷ (U · F · MLDT). Use U com incrustação, como recomenda a TEMA.

Quando usar o fator F?

Em trocadores casco e tubos com mais de um passe nos tubos, o escoamento não é contracorrente puro. O fator F corrige a MLDT; abaixo de 0,8, o projeto fica ruim e costuma pedir cascos em série.

Que valor de U usar?

Para estimativa: água-água 800 a 1.500 W/(m²·K); vapor condensando aquecendo água 1.500 a 4.000; óleo-água 150 a 400; gás-gás 10 a 50. Confirme com o fabricante ou com o cálculo detalhado.