Turnuri de rcireNecesitatea rcirii apei
Cel mai utilizat mediu de rcire n industrie este apa; Cea mai mare parte a apei utilizate n industrie este folosit pentru rcire.
Condiii impuse apei de rcire, pentru a avea o exploatare sigur i n condiiieconomice:
s nu conin impuriti plutitoare care ar nfunda evile condensatoarelor i alercitoarelor;
s nu conin impuriti n suspensie cu diametrul mai mare de 0,15 mm; s nu conin substane corozive care s atace evile schimbtoarelor de cldur; s fie lipsit de substane organice, microorganisme i alge, care produc nfundareai nrutesc transferul de cldur, formnd o pelicul pe suprafaa evilor;
s aib o duritate temporar redus, pentru evitarea depunerilor de piatr; s nu conin ulei n suspensie care se depune pe evi i care are un efect de
micorare a coeficientului de transfer de cldur.
Apa de rcire care circul n circuit nchis cedeaz cldura preluat de lacondensatoare (rcitoare) n urmtoarele instalaii:
- lacuri de rcire;- bazine de stropire;- turnuri de rcire cu tiraj natural sau cu tiraj forat.
Specificul rcirii prin evaporare
De suprafa
Rcirea apei cu aer se poate realiza folosind dou tipuri de schimbtoare decldur:
Schema rcirii apei cu aer n schimbtoare de cldur de suprafa
1 aparatul supus rcirii; 2 instalaia de rcire (SC de suprafa ap-aer); 3 pomp de circulaie.
Acest tip de SC se folosesc rar deoarece coeficientul global de transfer termic fiindfoarte redus (de ordinul zecilor), suprafaa de schimb de cldur devine foarte mare, ladebite mari de ap rcit.
Pentru intensificarea schimbului de cldur se folosesc evi cu aripioare i debite maride aer, cu un consum mare de energie electric, pentru circulaia forat a aerului.
De amestec
Schema rcirii apei cu aer n schimbtoare de cldur de amestec
1 aparatul supus rcirii; 2 instalaia de rcire (SC de amestec ap aer); 3 rezervor de ap rcit; 4 pomp de circulaie.
micorare de cteva ori a suprafeei de rcire (la acelai debit de ap rcit)
Rcirea apei prin contactul direct cu aerul
mrirea coeficientului de transfer de cldur ap-aer
Rcirea apei se realizeaz prin dou fenomene: prin contact schimbul de cldur dintre dou fluide n micare (conducie i
convecie); prin evaporarea unei pri din apa supus rcirii, care conduce la rcirea suplimentar
a masei de ap rmas, evaporarea fiind un proces puternic endoterm (cu absorbie decldur).Evaporarea lichidului are loc cnd presiunea vaporilor saturai la temperatura suprafeei
lichidului este mai mare dect presiunea parial a vaporilor de ap din mediul ambiant.Prin evaporare se elimin din ap pn la 80-90 % din cldura total pe care o cedeaz.La temperaturi coborte ale aerului exterior, rolul evaporrii se reduce, cldura cedat prinacest procedeu scade la 30-50 %.
Clasificarea turnurilor de rcire Dup principiul de funcionare:
schimbtoare de cldur de suprafa (turnuri de rcire uscate); schimbtoare de cldur de amestec cu evaporare (turnuri de rcire umede).
Dup direcia de curgere a aerului fa de ap: cu circulaie n contracurent; cu circulaie n curent ncruciat; cu circulaie combinat ncruciat i contracurent.
Turnurile de rcire cu evaporare se pot clasifica: Dup modul de realizare a tirajului:
turnuri de rcire descoperite (fr tiraj); turnuri de rcire cu tiraj natural (cu co) 58 (10) m3/m2h; turnuri de rcire cu tiraj forat sau artificial 1016 (20) m3/m2h.
Dup felul crerii suprafeei de rcire: prin picurare schimbul de cldur i mas are loc, n principal, la
suprafaa picturilor de ap formate (45 m3/m2h); peliculare schimbul de cldur i mas are loc n principal la
suprafaa peliculei formate pe panourile zonei active (67 m3/m2h); mixte peliculare i prin picurare.
Turnuri de rcire cu tiraj natural
Turn de rcire hiperboloidic cu tiraj natural 1 stlpi de susinere; 2 intrarea apei;
3 perete despritor; 4 evacuarea apei;5 distribuia apei; 6 panouri; 7 grinzile
zonei active.
capacitate de rcire mare i constant; necesit o suprafa relativ mic pentru
amplasare; se pot amplasa n imediata apropiere a
cldirilor i a celorlalte instalaii.
Caracteristici
Turnuri de rcire cu tiraj artificial
asigur o rcire mai intens dect celelaltetipuri de instalaii de rcire;
permit reglajul temperaturii apei de rcireprin variaia numrului de ventilatoare nfunciune i a turaiei acestora;
costul construciei este n general maisczut dect cel al turnurilor cu tirajnatural;
cheltuielile de exploatare sunt mai maridect cele ale turnurilor cu tiraj natural.
Caracteristici
Turnuri de rcire cu tiraj forat: a cilindric conic; b hiperboloidic; c celular. 1 dispozitiv de distribuie a apei; 2 zona activ;
3 intrarea aerului; 4 bazin colector; 5 ventilator; 6 motor de antrenare; 7 difuzor de
evacuare; 8 purjare.
Noiuni specifice aerului umedMrimile de stare ale aerului umed
Aerul atmosferic = un amestec format din mai multe gaze, n concentraii practicconsiderate constante i dintr-o cantitate de ap care variaz n funcie de condiiileatmosferice momentane.Apa coninut n aer poate fi sub form gazoas (vapori), lichid (cea) sau solid(zpad)Aer umed = aerul care conine ap sub form de vapori sau alt form de agregare.Aer umed saturat = aer saturat cu vapori de ap (coninutul de vapori de ap la oanumit temperatur este cel maxim posibil).
Cantitatea de vapori necesar saturrii unui volum dat de aer crete cu temperatura.Aer nesaturat = aerul care conine vapori supranclzii.Aer umed suprasaturat = aerul a crui umiditate este mai mare dect cea de saturaie.Mrimile de stare ale aerului umed importante pentru tehnic:
temperatura termometrului uscat T; presiunea barometric pB; presiunea parial a vaporilor de ap pv; densitatea ; volumul specific v; entalpia h; umiditatea relativ ; coninutul real de vapori x.
B
x pTxV 622,05,4611 [m3] volumul a (1+x) kg de aer umed
Volumul specific al aerului umed (pentru 1 kg de aer umed)
B
x
pT
xx
xVv
1622,05,461
11 [m3/kg]
unde:
x este coninutul real de vapori de ap la temperatura T, n g/kgaer usc.;461,5 valoarea constantei Rv pentru vaporii de ap, n J/(kg.K); 0,622 raportul Ra/Rv = 287,0/461,5, dintre constanta aerului uscat Ra i constanta
vaporilor de ap Rv.pB presiunea barometric, n Pa.
Densitatea aerului umed
xx va
1 [kg/m3]
TRp
a
aa
TRp
v
vv
densitatea aerului uscat, n kg/m3
densitatea umiditii, n kg/m3
pa , pv presiunea parial a aerului uscat, respectiv a vaporilor.vaB ppp [Pa]
Cldura specific la presiune constant a aerului umed
pvpap cxcxc 1 [kJ/(kg.K)]cpa este cldura specific a aerului uscat, n kJ/(kg.K);cpv cldura specific a vaporilor de ap, n kJ/(kg.K).Pentru calcule uzuale se pot folosi valorile:
cpa = 1,006 kJ/(kg.K), ntre 0 i 50 C,cpv = 1,863 kJ/(kg.K), ntre 0 i 75 C.
Entalpia aerului umed
TxTTcrxTchxhhh pvpavax 863,12500006,11 [kJ/kgaer uscat]
ThTh va 863,12500;006,1
xTh 2500006,1
TxxTxTh ss 19,4863,12500006,1
ha este entalpia aerului uscathv entalpia vaporilor.Pentru temperaturi cuprinse n intervalul 0-50C, se poate lua destul de exact:
[kJ/kg]
Pentru aerul umed saturat
Pentru aerul umed nesaturat
[kJ/kgaer uscat]
Pentru aerul umed suprasaturat[kJ/kg]
Umiditatea relativ ()
%100%100vs
v
vs
v
ppsau
Definete gradul de saturaie al aerului umed.
pvs presiunea vaporilor saturai
Coninutul de umiditate a aerului (x)
vsB
vs
vB
v
uscataer
v
ppp
ppp
mmx
622,0622,0
[kgumid/kgaer usat]
Temperatura de rouEste acea temperatur pn la care trebuie rcit aerul, la p=ct i x=ct, pentru ca el s devin saturat.La aceast temperatur aerul umed este saturat, deci =1, iar pv=pvs.Presiunea parial a vaporilor n punctul de rou:
xxpp Brv 622,0,
Diagramele aerului umedDiagrama h-x (Mollier)
folosit n special la instalaiile de uscare
Diagrama h-x complet, pentru pB = 1000 mbar, ntre 10 C i +60 C
Pentru o alt valoare a presiunii barometrice, pB1, umiditatea se determin cu relaia:
B
B
pp 1
1
Diagrama h-T (Mueller) folosit la turnurile de rcire
Pulverizarea apei n curent de aer
'1x
T2 '
1T T1
x
1
h1
h2h1
12
h
= 100 %
1 x1
1
2
h1= const
h2
= 100 %
1
x1 x2
T1
T2
h
x
nclzirea umed a aerului
nclzirea umed a aerului (reprezentare convenional)
Diferitele stri posibile ale schimbului de cldur i de substan la suprafaa apei
a se produce evaporare, rcirea apei i nclzirea aerului, cu formare de cea.
b idem ca la a, dar fr formare de cea.d continu evaporarea, dar acum att aerul ct i
apa sunt rcite, aerul prin contactul cu apa mai rece, iar apa prin evaporare suficient de activ.
f dei se produce evaporare, totui apa senclzete, iar aerul (mai cald dect apa) sercete.
h+i se produce condensare (depunere de rou),iar apa se nclzete i aerul se rcete.
Calculul termodinamic al turnurilor de rcireGeneraliti
Circulaia celor dou fluide se face n contracurent sau n curent ncruciat (apa cadeliber sub form de picturi, de pelicul subire sau de pelicul i picturi);
Aerul este insuflat de obicei pe la partea inferioar a turnului, curentul de aer fiindcreat fie prin tiraj natural, fie prin tiraj artificial;
(zona de rcire realizat de turn)''1'
1 TTT '
1T"
1T1m - debit
- temperatur intrare- temperatur ieire
Parametri ap
"2
'2 /TT
2m - debit
- temperatur intrare/ieireParametri aer
"2
'2 / hh - entalpie intrare/ieire
- entalpie intrare/ieire1 / 2
Limita inferioar de rcire temperatura minim pn la care se poate rci apa ntr-unturn cu tiraj artificial n contracurent (valoarea spre care trebuie s tind i funcionareaturnurilor cu tiraj natural).
- cldura specificc
ST2
T1
T1
T2
T2
T1
Variaia temperaturii apei i aerului n timpul trecerii prin turn (curgere n contracurent)
Bilan termic al turnului '2''2211''1'11 hhmTcmTTcm [kW]Debit specific de aer al turnului:
1
2
mm
1'2''2 Tchh '2
''2
1
hhTc
(1)
(2) (1)
(2)
Entalpia aerului la ieirea din turn (cnd se cunoate ): 1'
2''
2Tchh
75,0...55,020,1...90,0
Valori pentru :pentru tiraj natural,
pentru tiraj forat.
[kgaer/kgapa]
Ecuaia diferenial a turnurilor de rcire
dl
T2, x
T2+dT x+dxdS Aerul primete cldur prin: contact (convecie pur)
22 dTcm p evaporare
dxrm 2
dxTTcm spv 222 aportul de cldur sensibil al vaporilor formai
Toat aceast cldur este preluat de la ap, care se rcete cu dT1: dxTTcrdxdTcmcdTm Spvp 222211 2dh
2211 dhmcdTm (variaia elementar a entalpiei aerului n contact cu apa)
22 dTcm p
dxrm 2
dxTTcm spv 222
cldura schimbat prin contact (convecie pur)
cldura extras din ap prin evaporare
aportul de cldur sensibil al vaporilor mai calzi
Dac direcia schimbului de cldur se consider perpendicular pe suprafaa dS de contact dintre ap i aer:
SdTT s 22 Sdxxr s SdcTTxx pvss 22
xs coninutul de vapori al aerului aflat la temperatura T2s;x coninutul de vapori din masa aerului, aflat la temperatura T2.
Bilanul termic se poate scrie sub forma:
dSTTcrxxTTdhmcdTm Spvss 22222211 12 / mm 12 TT s dSTTcrxxTT
mdhcdT pvs
2121
121
pp.ecuaia general diferenial a
turnurilor de rcire
(1)
(1) 1m
CTT 40...3021)./(1 KkgkJcpv
kgkJTTcpv /40...3021 kgkJr /2500 21 TTcr pv
dSTTcrxxTTm
dhcdT pvs
2121
121
n ecuaia:
se neglijeaz 21 TTcpv 21 TTcp se adun i scade
cldura necesar unui kg de aer umed pentru a-i ridica
temperatura de la T2 pn la T1
dSxxrTTcTTcTTm
dhcdT spp
2121211
21
2221 hhrxTcrxTc spsp h2s entalpia aerului saturat la temperatura apei T1;h2 entalpia masei de aer aflate la temperatura T2.
dSc
TTchhm
dhcdTp
ps
12122121
1 pc dShh
mdhcdT s 22
121
22
2
22
1
1 hhdh
hhcdT
mdS
ss
Admind: (ipoteza lui Lewis) sau:
Ecuaia fundamental a lui Merkel
Ipoteze: s-a neglijat aportul de cldur sensibil a vaporilor la creterea temperaturii
(entalpiei) aerului; s-a neglijat cldura cedat aerului de vaporii care condenseaz n partea superioar a
turnului; s-a admis ipoteza teoretic a lui Lewis: Le=1.
Calculul termic al turnurilor de rcire prin metoda Berman simplificat
Ipoteze simplificatoare Coeficienii , , r, cp, Da (coeficientul de difuzie a aburului n aer, n kg/m2s bar)
sunt constani.Pentru un domeniu foarte mare, care cuprinde zona obinuit de temperaturi ntrecare funcioneaz turnurile de rcire se poate considera cu suficient precizie:
254,0;1;35,0 pa cD 38,1 pc
Presiunea parial a aerului uscat se consider egal cu cea atmosferic, n ipotezaunui coninut de vapori de ap n aer foarte redus (x 10 g/kg);
Temperatura apei T1, temperatura aerului T2 i presiunea parial a vaporilor de apdin aer pv2, variaz sensibil n lungul zonei active. Se admite c aceste mrimi au ovariaie liniar.
Debitul de ap n turn se presupune constant, neglijnd reducerea lui datoritevaporrii.
Presiunea de saturaie a apei ce se evapor p``, nu variaz liniar n intervalul detemperaturi (T1`-T1``). Aceast mrime se presupune a avea o variaie liniar, dar seintroduce o corecie p``, astfel nct abaterea fa de curba real, s fie aceeai npunctul corespunztor temperaturii medii i n punctele extreme.
T1T2 T
p
p1
p2
p1-p
p2-p
pmed
p"med+p p
Tmed
A
A
B
0
C
C
p
p
p
Corectarea cderii de presiune
p``- abaterea presiunii de saturaie a vaporilor, latemperatura apei, fa de curba real (albastru) laextreme;p1``- presiunea de saturaie a vaporilor la
temperatura de intrare a apei n turn, T1`;p2``- presiunea de saturaie a vaporilor la
temperatura de ieire a apei n turn, T1``;pmed``- presiunea de saturaie a vaporilor la
temperatura medie a apei, Tmed.
Ecuaia dreptei (rou) 12 1""1""2""
1"TTTT
ppppppp
Punctul 0 verfic ecuaia dreptei:
24
42
2""
2"1"
""2
"1"
"""
21
pppp
pppp
ppp
TTTT
med
med
med
med
Presiunea de saturaie a vaporilor este: la intrarea apei n turn: la ieirea apei din turn:
""1 pp ""2 pp
Ecuaiile bilanului termic i de substan din turn:
'2"2221 TTcmTTS pmed "1'11'2"22 TTcmhhm 1222" xxmppS medv
(1)
(2)
(1)(2)
12
'2
"2
2
21
" xxTTc
ppTT
pmedv
med
122
21'2
"2 "
38,1 xxppTTTT
medv
med
22
"2
'2
"1
'1
21TTTTTT med
22
"4""2
'2
"2
"1
2vv
medvppppppp
dar: 38,1 pc
(relaie de principiu pentru temperatura aerului la ieirea din turn)
Aplicnd ipotezele simplificatoare, putem scrie:
i
(3)
(4)
(4) (3) 12"2' 2"2"1
"2
'2
"1
'1'
2"2
"438,1 xx
pppppTTTTTT
vvc
(relaia de calcul a temperaturii aerului la ieirea din turn)
"2
'2, vv pp - presiunile pariale ale vaporilor din aer, la temperaturile "2'2,TT
"2cT se obine prin ncercri succesive, alegnd preliminar, valori pentru T2`` din membrul drept.
Temperatura aerului la ieirea din turn
Entalpia aerului la ieirea din turnBilanul termic real din turnul de rcire :
"22
"1
"1
'22
'1
'1 hmcTmhmcTm
Pierderea de ap prin evaporare:"1
'11 mmm v "1'1,mm - debitul de ap la intrarea, respectiv la ieirea din turn.
11 / mmy vv Pierderea specific de ap prin evaporare:
Prin gruparea termenilor i innd cont de relaia (1), bilanul termic se mai poate scrie:
(1)
'2"22"1"1'1'1 hhmcTmcTm '2"22"11'1'1'1 hhmcTmmcTm v sau (2)(2)
'1m
'2"2"1"1'1 hhcTycTcT v '2
"2
"1
"1
'1
hhcTyTTc v
1221 xxmm v 12 xxyv Bilanul de umiditate: '1m(3)
(4)
(4) (3) '2"2"112"1'1 hhcTxxTTc 12"1'2"2"
1'
1
xxcThhTTc
(debitul specific de aer al turnului)
Debitul specific teoretic de aer (x1=x2):
'2
"2
"1
'1
hhTTc
t
Legtura dintre cele dou debite specifice se realizeaz printr-un coeficient de corecie K:
'2
"2
12"
1'2
"2
hhxxcThhK t
'2
"2
12"
11hh
xxcTK sau
'2
"2
"1
'1
hhTTc
t
KTTchh
"1
'1'
2"2
(entalpia aerului la ieirea din turn)Valorile coeficientului de corecie K se gsesc n diagrama:
Bilanul termic al turnului de rcire permite, nacest moment, calculul debitului de aer real,necesar rcirii apei: '1"22"1'11 hhmTTcmQ
'2
"2
2 hhQm
12 / mm S-a plecat de la un ales i s-a revenit asupra lui, dup ce condiiile de funcionare aleturnului de rcire au fost precizate.Valoarea mrimii aflat n final este cea real.
Comparaie ntre turnurile de rcire cu tiraj forat i cele cu tiraj natural Limita teoretic de rcire
- turnuri cu tiraj natural: T2 = Tum + 1215 C;- turnuri cu tiraj forat: T2 = Tum + 58 C; exist o diferen de consum specific de combustibil.
Consumul de energie electric puterea consumat de turnurile cu tiraj forat este de 0,6 1 % din puterea produs de
grupul electrogen care folosete debitul de ap respectiv (datorit ventilatoarelor); turnurile cu tiraj forat permit o reducere a nlimii de pompare a apei de la 8,5 9 m
(ct se ntlnete la construcia marilor turnuri cu tiraj natural) la cca. 7,5 m. Aceasteconomie de putere de pompare reduce diferena de consum al serviciilor internedatorit ventilatoarelor.
Constructiv turnuri cu tiraj natural (nlimi de pn la 100 m): beton monolit; turnuri cu tiraj forat: prefabricate, ceea ce permit realizarea lor ntr-un timp mult mai
scurt. Viteza vntului turnuri cu tiraj natural: sensibil la vnturile exterioare (tirajul coului < 0,5 mbar, la o
vitez a aerului prin turn de 1,2 2,0 m/s) turnuri cu tiraj forat: este puin influenat de vnt.
1"
C-10
-5 5 15 20 25 30 350
C
2
10
100 %80 %60 %40 %
tiraj natural
tiraj forat
Funcional turnurile cu tiraj natural sunt superioare celor cu tiraj forat, dac T2
Top Related