برج خنک کننده - کولینگ تاور - برج خنک کن | پایاسرداب

نیروگاه ها ، وسایل تهویه مطبوع بزرگ و بعضی صنایع مقدار زیادی گرمای بلا استفاده تولید می کنند که اغلب به آب خنک کنی که از استخر یا رودخانه نزدیک می آید دفع می شود. ولی در بعضی موارد تامین آب برج خنک کن محدودیت دارد یا آلودگی گرمایی بسیار نگران کننده است. در چنین مواردی ، گرمای بلا استفاده را باید به اتمسفر دفع کرد، همراه با آب خنک کنی که گردش می کند و به عنوان محیط انتقال گرما بین گرماده و گرماگیر (اتمسفر) عمل می کند. در روشی ، برای این منظور از برج خنک کن خیس استفاده می شود.

این دستگاه در ظرفیت های از 10 گالن بر دقیقه تا 250000 گالن در دقیقه و بزرگتر ساخته می شوند. برج خنک کن در واقع مبدل حرارتی است تا هوا و آب در آن به طور مستقیم تماس پیدا می کنند و حرارت را با یکدیگر تبادل می نمایند . مراحل کار  روی چارت سایکرومتریک نشان داده شده است . مقدار حرارتی که آب از دست می دهد برابر مقدار حرارتی است که هوا می گیرد. لذا مقدار حرارتی که هوا می گیرد:

Q = G (h2-h1)

که در آن  مقدار حرارت جذب شده توسط هوا Q1= btu / min (kcal / min )

وزن مقدار جریان هوای خشک G = Ib/min (kg/min)

انتلاپی (حرارت کل) هوای ورودی بر اساس هوای خشک h1 = Btu/Ib (J/kg)

انتلاپی هوای خروجی h2=Btu/Ib (J/kg)  بر اساس هواس سرد

و مقدار حرارتی که آب از دست می دهد : Q2=L(t1-t2)

که در آن :

مقدار حرارتی که آب از دست می دهد Q2 = Btu / hr (kal/min)

وزن مقدار آب ورودی به برج  L = Ib/min

درجه حرارت آب داغ ورودی به برجt1=0F(0C)

درجه حرارت آب سرد خروجی از برج t2=0F(0C)

ولی مقدار وزنی آب خروجی کمتر از مقدار وزنی آب ورودی به برج است زیرا مقداری از آن تبخیر شده و جذب هوا می شود. (مقدار رطوبت هوا را افزایش می دهد ، معمولا به ازای هر تن برودت مقدار 1.6 تا 2 گالن در ساعت آب تبخیر می شود که باید توسط لوله بر کن تامین گردد ) .

این مقدار رطوبت برابر است با :

که در آن نسبت رطوبت هوای ورودی  (kg/kg)هوای خشک H2 = Ib/Ib (وزن مقدار رطوبت به وزن هوای خشک )

نسبت رطوبت هوای خروجی از برج H1= Ib/Ib (kg/kg)

مقدار حرارتی که این رطوبت به هوا می دهد برابر است : Q3 = G(H2-H1(T2-32))

در نتیجه Q1 = Q2 + Q3

Gdh = Ld1 + GdH (t2-32)

قسمت دوم رابطه مقدار قابل ملاحظه ای نیست لذا رابطه بصورت زیر درمی آید: Gdh = Ldt

در واقع قسمت دوم رابطه Ldt نشان دهنده ظرفیت حرارتی برج خنک کن می باشد. همچنین راحت خواهد بود اگر مقدار آبی که از آن عبور می کند با گالن در دقیقه مشخص می شود لذا :

Q = Ldh -> Q = F (t1-t2) * 8.33 * 60

=500 F(t1-t2)

که در آن مقدار حرارتی که هوای برج باید از آب Q = Btu / hr بگیرد

مقدار حجمی آب flow که از برج عبور می کند.

درجه حرارت آب ورودی به برج t1=0F(0C)

درجه حرارت آب خروجی از برج t2=0F(0C)

هر گالن آب 8.33 lb وزن دارد 8.33 = 0.998

هر سک ساعت 60 دقیقه می باشد

فاکتور دیگری در تعیین ظرفیت برج خنک کن مقدار هوایی است. که باید با توجه به شرایط هوای هر منطقه از خود عبور دهد.

بجای وزن هوا راحت تر است از حجم هوا در دقیقه در رابطه استفاده کرد و چون دانسیته هوا در هر شرایطی متفاوت است با توجه به رابطه وزن و حجم و وزن مخصوص m=pv داریم:

G = Gdh

60 = 60 pv (h2-h1) * Q = pv(h2-h1)

که در آن :

مقدار حرارتی که هوای برج باید از آب بگیرد Q=Btu/hr

مقدار هوایی که برج باید تامین کند V = Ft / min (m/min)

وزن مخصوص هوا که بطور مستقیم برابر است با 0.075 Ib/ft

آفتالپی هوای ورودی  h1(h2-h1) = Btu/Ib

انتالپی هوای خروجی  h2=Btu /Ib

دقیقه در هر ساعت = 60

لذا Q = 4.5 V (H2-H1)

انتالبی هوا را با داشتن درجه حرارت مطلوب هوا از روی چارت سایکرومتریک می توان تعیین کرد. در واقع خط انتالبی هر هوایی روی خط wb خود منطبق است.

برای سیستم هایی که در زمستان از مخلوط کردن هوای سرد و گرم استفاده می کنند و برای جلوگیری از یخ زدن برج هایی که در زمستان کار نمی کنند باید آب آنها تخلیه گردد و شیر تامین کسری آب نیز بسته شود. قطر لوله های رفت و برگشت به کندانسور چیلر باید بر اساس سرعت 5 تا 12 فوت در ثانیه تعیین شود.

چون آب در مدار بسته بین برج و کندانسور در جریان است و برج مقداری از آن تبخیر می گردد لذا سختی آن بالا می رود که می توان با تخلیه مداوم و جانشینی آب مقداری از سختی آب را کاهش داد ولی بهترین راه حل استفاده از سختی گیر می باشد که از رسوب املاح موجود در آب در جداره کندانسور و لوله های رفت و برگشت و نیز پره های برج خنک کن به مقدار قابل توجهی جلوگیری می نماید.

منبع : کتاب ترمودینامیک با نگرش مهندسی آقای بهرام پوستی