Reküperatörün verimli çalışabilmesi için, atık gaz ile ortam havasının temas yüzeyini hesaplamak için genellikle ısı transferi hesapları yapılır. Bu hesaplama, ortam havasının sıcaklığını 250°C'ye çıkarmak için gerekli olan yüzey alanını belirlemek amacıyla yapılır. Bu tür hesaplamalar için temel ısı transferi prensiplerini kullanabilirsiniz. İşte adım adım nasıl bir yaklaşım izleyebileceğinizi açıklayayım:
1. Isı Transferi Temel Denklemi
Reküperatörde ısı transferi, genellikle logaritmik ortalama sıcaklık farkı (LMTD - Log Mean Temperature Difference) yöntemine göre hesaplanır. Aşağıdaki temel ısı transferi denkleminden yararlanabilirsiniz:
Q=U⋅A⋅ΔTlm
Q: Isı transferi miktarı (Watt cinsinden)
U: Isı transfer katsayısı (W/m²K)
A: Temas yüzeyi alanı (m² cinsinden)
ΔTₗₘ: Logaritmik ortalama sıcaklık farkı (Kelvin cinsinden)
2. Logaritmik Ortalama Sıcaklık Farkı (LMTD)
LMTD, iki akışkan arasındaki sıcaklık farkının hesaplanmasında kullanılan bir yöntemdir. Reküperatörlerde genellikle iki akışkanın (atık gaz ve ortam havası) sıcaklıkları farklıdır, bu nedenle LMTD hesaplanır:
ΔTlm=(ΔT1−ΔT2)/ln(ΔT1/ΔT2)
Burada:
- ΔT₁: İlk sıcaklık farkı (atık gaz ve hava arasındaki başlangıç sıcaklık farkı)
- ΔT₂: Son sıcaklık farkı (atık gaz ve hava arasındaki son sıcaklık farkı)
Örneğin, atık gazın başlangıç sıcaklığı 610°C ve hava başlangıç sıcaklığı 20°C ise:
ΔT1=610°C−20°C=590°C
ΔT2=250°C−20°C=230°C
Bu durumda:
ΔTlm=(590−230) / ln(590 / 230)
ΔTlm≈360 / ln(2.565)≈360 / 0.942≈382.5°C
3. Isı Transfer Katsayısı (U)
Isı transfer katsayısı U, materyalin ve ortamın özelliklerine, akışkanların hızına ve reküperatörün tasarımına bağlı olarak değişir. Genellikle U değeri, tasarım özelliklerine ve kullanılan malzemelere göre belirlenir. Tipik bir değer yaklaşık olarak 100-500 W/m²K arasında olabilir. Ancak, doğru bir hesaplama için spesifik reküperatör ve çalışma koşullarına dair verilerinize ihtiyacınız vardır.
4. Isı Transferi (Q)
Isı transferi miktarını hesaplamak için, atık gazdan çevre havasına ne kadar ısı aktarılacağını belirlemeniz gerekir. Burada, atık gazın sahip olduğu ısı enerjisinin büyük bir kısmının havaya transfer edilmesi amaçlanmaktadır. Q değerini bilmeniz gerekiyorsa, ortam havasının hedef sıcaklığına ulaşması için gereken ısıyı belirleyebilirsiniz. Bu ısı transferi miktarı şu şekilde hesaplanabilir:
Q=m⋅c⋅ΔTQ
Burada:
- m: Hava debisi (kg/s)
- c: Havanın ısıl kapasitesi (kuru hava için genellikle 1.005 kJ/kg·K)
- ΔT: Havanın sıcaklık artışı (Hedef sıcaklık – ortam sıcaklığı)
Örneğin, ortam havası 20°C'den 250°C'ye ısıtılacaksa, bu artış ΔT = 250°C - 20°C = 230°C olacaktır.
5. Temas Alanı Hesaplama
Isı transferi miktarını (Q) ve logaritmik ortalama sıcaklık farkını (ΔTₗₘ) bildiğinizde, yukarıdaki formüle göre temas yüzeyi alanını (A) şu şekilde çözebilirsiniz:
A=QU⋅ΔTlm Bu adımda, Q, U ve ΔTₗₘ değerlerini yerine koyarak gereken temas yüzeyi alanını hesaplayabilirsiniz.
6. Pratik Sonuçlar
Sonuç olarak, atık gaz ile ortam havasının sıcaklık farkını dikkate alarak, uygun ısı transfer katsayısını ve gereken ısı transfer miktarını bilerek, reküperatördeki temas yüzeyi hesaplanabilir. Ancak, bu tür hesaplamalar oldukça teknik olduğu için, pratikte çoğu mühendis, reküperatörün spesifik özelliklerine göre yazılımlar ya da daha detaylı mühendislik hesaplamaları kullanmaktadır.
Yine de, temel prensipler yukarıdaki gibidir. Gerekli verilerle (örneğin, hava debisi, ısı transfer katsayısı, vb.) doğru hesaplamalar yaparak ihtiyacınız olan yüzey alanını belirleyebilirsiniz.
