Método de cálculo para recuperação de calor residual dos gases de escape

Existem duas abordagens principais para calcular o potencial de recuperação de calor residual dos gases de exaustão:

1. Abordagem Termodinâmica:

This method uses the principles of thermodynamics to determine the theoretical maximum amount of heat that can be recovered. Here's what you need to consider:

• Taxa de fluxo de massa (ṁ) of the exhaust gas (kg/s) - This can be obtained from engine specifications or measured with a flow meter.
• Capacidade de calor específico (Cp) of the exhaust gas (kJ/kg⋅K) - This value varies with temperature and needs to be obtained from tables or thermodynamic software for the specific gas composition of your exhaust.
• Temperatura de entrada (T_in) of the exhaust gas (°C) - Measured with a temperature sensor.
• Temperatura de saída (T_out) of the exhaust gas after heat recovery (°C) - This is the desired temperature after heat is removed for your chosen application (e.g., preheating combustion air, generating hot water).

Potencial de recuperação de calor (Q) pode ser calculado usando a seguinte fórmula:

Q = ṁ * Cp * (T_in - T_out)

2. Abordagem simplificada:

Este método fornece uma estimativa aproximada e é mais fácil de usar para avaliações iniciais. Ele pressupõe que uma porcentagem específica da energia dos gases de escape pode ser recuperada. Esta percentagem pode variar dependendo do tipo de motor, das condições de funcionamento e da eficiência do permutador de calor escolhido.

Recuperação de calor estimada (Q) pode ser calculado com:

Q = Conteúdo de energia dos gases de escape * Fator de recuperação

Conteúdo de energia dos gases de escape pode ser estimado por:

Conteúdo de energia dos gases de escape = Taxa de fluxo de massa * Valor de aquecimento inferior (LHV) do combustível

Valor de aquecimento inferior (LHV) é a quantidade de calor liberada durante a combustão quando o vapor de água formado se condensa (disponível nas especificações do combustível).

Fator de recuperação é uma porcentagem que normalmente varia de 20% a 50% dependendo do tipo de motor, das condições de operação e da eficiência do trocador de calor escolhido.

Anotações importantes:

• Esses cálculos fornecem valores teóricos ou estimados. A recuperação real de calor pode ser menor devido a fatores como ineficiências do trocador de calor e perdas na tubulação.
• A temperatura de saída escolhida (T_out) na abordagem termodinâmica precisa ser realista com base na aplicação e nas limitações do trocador de calor.
• As considerações de segurança são cruciais ao lidar com gases de escape quentes. Consulte sempre um engenheiro qualificado para projetar e implementar um sistema de recuperação de calor residual.

Fatores adicionais a serem considerados:

• Condensação: Se a temperatura dos gases de escape cair abaixo do ponto de orvalho, o vapor de água irá condensar. Isto pode liberar calor latente adicional, mas requer um gerenciamento adequado do condensado.
• Sujeira: Os gases de escape podem conter contaminantes que podem obstruir as superfícies do trocador de calor, reduzindo a eficiência. Pode ser necessária limpeza regular ou escolha de materiais apropriados.

Ao compreender esses métodos e fatores, você pode calcular o potencial de recuperação de calor residual dos gases de exaustão e avaliar sua viabilidade para sua aplicação específica.