turn de racire

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Turn de răcire în Emsland , Germania .
Turnuri de răcire cu ventilatoare (în albastru) situate în partea de jos a echipamentului

Un turn de răcire este un schimbător de căldură gaz-lichid în care faza lichidă dă energie fazei gazoase, reducându-și astfel propria temperatură. În marea majoritate a cazurilor, faza gazoasă constă din aer sau vapori de apă și faza lichidă a apei de diferite tipuri. Schimbul de căldură poate fi realizat prin contactul dintre faze și, în acest caz, vorbim despre un turn de răcire „tout court”, sau la suprafață într-un schimbător de căldură cu tuburi , plăci sau altele, și în acest caz vorbim mai mult adesea de răcire a bateriei .

Clasificarea după utilizarea intenționată

Turnurile de răcire pot fi utilizate în domeniul HVAC (adică „ încălzire , ventilație și aer condiționat ”) sau în domeniul industrial (în operația de umidificare unitară ).

Turnul evaporativ

Schema turnului evaporativ cu circulație forțată

Tipuri de construcții

Din punct de vedere al construcției, turnurile de răcire pot fi de două tipuri:

Turn evaporativ cu circulație forțată

Este de departe cel mai utilizat tip, în special în răcirea cu apă. Practic constă din:

  • O structură de izolare ( A ), realizată din beton, metal sau diverse materiale plastice, echipată la bază cu deschideri ( B ) pentru circulația aerului atmosferic, indusă de ventilator ( C );
  • Un sistem de distribuție a apei, format din duze de distribuție ( D ) și o umplutură de obicei din plastic ( E );
  • Un rezervor ( F ) pentru colectarea apei răcite.

Uneori, turnul este echipat cu un rezervor de apă caldă, care este cel care se întoarce din proces; în acest caz rezervorul de apă caldă este echipat cu pompe care relansează apa către turnul propriu-zis. Figura 1 ilustrează așa-numitul tip de circulație forțată ; în acest tip de construcție, circulația aerului este garantată de energia consumată în ventilator ( C ). Este de preferat să poziționați ventilatorul la ieșirea din turn mai degrabă decât la intrare ( B ), deoarece altfel ar putea fi create inele de recirculare în afara turnului, datorită faptului că o parte din aer care iese de sus ar putea fi aspirată de către ventilatoarele plasate dedesubt, iar acest lucru ar reduce eficiența echipamentului. Pe de altă parte, ventilatorul situat la ieșirea (exhaustor) este supusă la coroziune și eșecuri rapide din cauza umidității aerului transportat, un dezavantaj evident , absentă în admisie (împingere) ventilatorul.

Turnul evaporativ cu flux indus

Turnuri de răcire cu flux indus

Turnuri mai mari să profite de evaporarea apei în sine și diferența de densitate a aerului - vapori de apă amestecului și poate evita utilizarea ventilatorului de circulație, ceea ce este costisitor, consumă energie și reduce răcirea ca energia consumată pentru ventilație se trece parțial la apă - deși în cantități foarte mici.

Aceste turnuri sunt numite fără ventilatoare de curgere induse (sau circulația naturală sau naturală proiect) și au o formă în secțiune verticală caracteristică constând dintr - un singur pas hiperboloid , din motive statice și construcție. Rețineți penele care ies din partea superioară a turnului ( coșul de fum ) din stânga, constând din aer saturat cu vapori de apă.

Turnuri de circulație naturală sunt preferate în nucleare și geotermale centrale electrice , în cazul în care costul ridicat al echipamentului este justificată, care implică aer de mare de curgere rate.

Principiul de funcționare

Principiul de funcționare al unei coloane de răcire (din motive de claritate a desenului, înălțimea dz , care reprezintă o înălțime infinitesimală, a fost deliberat exagerată).

Principiul de funcționare al unei coloane de răcire este prezentat alături, simplificat în scopul discuției.

Apa dispersată în partea superioară a turnului (de curgere ) și, prin urmare, căzând în jos, intră în contact cu aerul (de capacitate ), indusă să crească de ventilator sau de diferența de densitate. Contactul este cu atât mai intim cu cât suprafața picăturilor de apă care intră în contact cu aerul (adică suprafața schimbului de materie) este mai extinsă. Prin urmare, există un transfer de masă de la picăturile de apă ( fază dispersată ) la aer ( fază continuă ), datorită umidificării aerului în sine, care nu este saturat cu vapori. Acest transfer de masă este de tip evaporativ , prin urmare apa dă energie aerului într-un mod substanțial izotermic pentru aer, dar odată cu transferul și, prin urmare, cu răcire, de către apă. Acest lucru iese apoi la o temperatură mai mic decât cel de intrare ( ). Rețineți că condiția esențială pentru funcționare este nesaturarea aerului (în vapori de apă); rezultă că turnul nu va putea funcționa (sau aproape) în caz de aer saturat (de exemplu într-o zi ploioasă).

Determinarea ecuației de proiectare

Echilibrul material

Dacă luăm în considerare o secțiune de coloană cu grosime infinitesimală ca volum de control , soldul materialului din această broșură este exprimat ca:

in care:

  • este debitul curentului gazos (care poate fi presupus constant de-a lungul coloanei)
  • este coeficientul de schimb al materiei
  • este egal cu , adică este suprafața de schimb a materiei
  • este umiditatea molară , egală cu (fiind fracția molară )
  • este cota, luând ca referință secțiunea (1) a coloanei.

ecuația de mai sus poate fi rescrisă ca:

indicele ML indică o diferență medie logaritmică .

Bilanțul de entalpie pe faza gazoasă

Bilanțul termic numai pe faza gazoasă, în termeni de entalpie , este scris în formă diferențială:

fiind dată de suma unei contribuții sensibile la căldură ( ) și o contribuție a căldurii latente ( ):

în care indicele a se referă la componenta care este schimbată (apă), în timp ce indicele b indică faza gazoasă (aerul) care este îmbogățită de componenta a .

este căldura umedă molară [1] , în timp ce Și sunt căldurile specifice de presiune constantă ale componentei a și componentei b .
este temperatura fazei de vapori e și o temperatură de referință (de obicei 25 ° C) la care se măsoară căldura latentă de evaporare .

Rearanjarea termenilor:

Putem trece cu vederea , prin urmare:

Primul termen reprezintă creșterea entalpiei datorată modificării temperaturii, în timp ce al doilea termen reprezintă creșterea entalpiei datorată variațiilor de umiditate.

Înălțimea coloanei și înălțimea unității de transfer

Comparând expresiile bilanțului materiei și balanței de entalpie pe partea de gaz, putem scrie:

de la care:

integrând:

este înălțimea coloanei, în timp ce este înălțimea unității de transfer (sau HTU ).

Echilibrul entalpiei laterale lichide

În termeni diferențiali:

adică:

Echilibrul global de entalpie

din care obținem:

Bilanțul de entalpie între secțiunea 1 și o secțiune generică este scris:

presupunând că debitul lichidului este constant:

În practică, este reprezentat într-o diagramă temperatură-entalpie ( - ) curba relativă la , ch corespunde condițiilor de echilibru, iar linia de lucru, cu panta și trecând prin puncte ( , ) Și ( , ). Se trasează apoi linii de pantă începând de la puncte ( , ) Și ( , ), iar aria închisă între aceste linii, linia de lucru și curba de echilibru sunt calculate pe baza calculului integralei prin intermediul metodelor numerice (de exemplu, prin intermediul regulii lui Simpson ).

Performanţă

Un turn de evaporare dimensionat corect va putea furniza apă rece la o temperatură egală cu temperatura becului umed plus 3-4 K. Într-o zi plină de vânt și senină la mijlocul sezonului, este rezonabil să ne gândim la o temperatură de ieșire de 20-25 ° C , în timp ce într-o zi de vară fierbinte și mocnită, este de așteptat să folosească apa a 34-35 ° C. Evident, acest lucru trebuie luat în considerare la dimensionarea echipamentului care depinde de turn.

Centrale electrice din Harkov # 5
Turn de răcire păstrat în noul sediu Pirelli din Milano

Notă

  1. ^ Căldura umedă molară este egală cu:

Bibliografie

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității NDL ( EN , JA ) 00569354
Inginerie Portal de inginerie : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de inginerie