Calculadora de área de trocador de calor (preliminar)

Como calcular a área do trocador de calor?

O calor transferido depende da área, da diferença média de temperatura entre os fluidos e da facilidade de transferência através da superfície:

Q = U × A × F × ΔT_lm

Q é a potência térmica (W). U é o coeficiente global de transferência de calor (W/(m²·K)), que reúne convecção nos dois lados, condução na parede e incrustação. ΔT_lm é a diferença média logarítmica e F é o fator de correção do arranjo, igual a 1 para contracorrente e paralelo.

A área é A = Q / (U × F × ΔT_lm).

De onde vem a potência térmica?

Geralmente, vem do aquecimento ou resfriamento de um dos fluidos: Q = ṁ × c_p × ΔT. Aquecer 1,2 kg/s de água de 20 °C a 80 °C exige 1,2 × 4,18 × 60 = 301 kW.

Exemplo

Considere que esses 301 kW sejam fornecidos em contracorrente por água geotérmica que entra a 160 °C e sai a 125 °C. As diferenças nas extremidades são de 80 K e 105 K, com média logarítmica de 92 K. Com U = 640 W/(m²·K), a área necessária é 301.000 / (640 × 92) = 5,11 m².

U e incrustação

U é a maior incerteza do cálculo. Mesmo para os mesmos fluidos, velocidade e tipo de trocador podem alterar U várias vezes. Por isso, a ferramenta não sugere um valor e fornece apenas faixas aproximadas na ajuda.

Com o tempo, as superfícies acumulam incrustações, ferrugem e depósitos. A resistência de incrustação considera esse efeito: 1 / U_k = 1 / U + R_f. Em trocadores com U alto, uma pequena resistência adicional já aumenta bastante a área.

Limites

Esta é uma estimativa preliminar. No projeto real, U é calculado pelos coeficientes de película dos dois lados, as perdas de carga são verificadas e o projeto mecânico segue o código. Se as temperaturas de saída forem desconhecidas, use o método da efetividade e NTU em vez de LMTD.