Dimensionamento de um aquecedor de ar recuperativo para um aquecedor de fluido térmico

Abstract

Resumo : Muitos processos industriais que utilizam combustão, como fornos e caldeiras, que expelem para a atmosfera gases residuais de exaustão a altas temperaturas, representando uma energia desperdiçada que poderia ser aproveitada em outros processos. Diante disso, este trabalho visa dimensionar um aquecedor de ar para um aquecedor de fluido térmico de uma indústria de processamento de proteína animal, com o objetivo de pré-aquecer o ar de combustão, utilizando como fluido quente os gases de exaustão, através de um sistema de troca de calor efetivo e que exija o mínimo de alterações no sistema original do equipamento. Para alcançar o objetivo, foram seguidas as metodologias de cálculo e recomendações listadas na literatura, aplicadas em dois códigos computacionais no software EES, para encontrar as dimensões ideais para um trocador de calor de banco de tubos, e avaliar seu desempenho em diferentes condições operacionais do aquecedor de fluido térmico. Como resultados, foi obtido um trocador de calor do tipo recuperativo, de banco de tubos, com 31 filas de 16 tubos cada, totalizando 496 tubos, montado na vertical sobre o duto de saída de gases do aquecedor, com o ar em escoamento cruzado externo ao feixe. O trocador obteve desempenho correspondente ao considerado no projeto durante a maior parte da análise, mantendo a temperatura de saída do ar próximo a 100 °C ao longo da faixa de variação de vazão nas faixas de temperatura de entrada dos gases de 250 a 300 °C. Dessa forma foi possível atingir o objetivo proposto de dimensionar um aquecedor de ar efetivo, recuperando calor residual dos gases de exaustão do aquecedor de fluido térmico.

Abstract : Many industrial processes that use combustion, such as furnaces and boilers, expel residual combustion gases at high temperatures into the atmosphere, representing wasted energy that could be used in other processes. Therefore, this work aims to design an air heater for a thermal fluid heater in an animal protein processing industry, with the objective of preheating the combustion air, using combustion gases as a hot fluid, through a effective heat exchange system that requires minimal changes to the original equipment system. To achieve the objective, design methodologies and specific recommendations in the literature were followed, applied in two computational codes in the EES software, to find the ideal dimensions for a tube bank heat exchange, and evaluate its performance in different operating conditions of the tube. thermal fluid heater. As results, a recuperative type heat exchanger, with a bank of tubes, was obtained, with 31 rows of 16 tubes each, totaling 496 tubes, mounted vertically on the heater gas outlet duct, with air in external cross flow. to the beam. The exchange performance corresponded to that considered in the project during most of the analysis, maintaining the exit temperature of the next to 100 °C throughout the flow variation range in the gas inlet temperature ranges of 250 to 300 °C. In this way, it was possible to achieve the proposed objective of designing an effective air heater, recovering residual heat from the combustion gases of the thermal fluid heater.