Una torre di raffreddamento è un dispositivo che rifiuta il calore residuo all'atmosfera attraverso il raffreddamento di un flusso di fluido refrigerante, solitamente acqua, a una temperatura inferiore. Le torri di raffreddamento sono ampiamente utilizzate nei processi industriali che richiedono la rimozione del calore, come la generazione di energia, il refrigeramento, l'aria condizionata e la lavorazione chimica. Le torri di raffreddamento possono essere classificate in diversi tipi in base al loro flusso d'aria, al flusso d'acqua, al metodo di trasferimento di calore e alla forma. Alcuni tipi comuni di torri di raffreddamento sono a corrente naturale, a spinta forzata, a spinta indotta, a controcorrente, a incrociata e umide/seche.
Per comprendere la progettazione, l'operazione, le prestazioni e la manutenzione delle torri di raffreddamento, è essenziale familiarizzare con alcuni dei termini comunemente utilizzati nell'industria delle torri di raffreddamento.
Questo articolo spiegherà i concetti e le definizioni di base della terminologia delle torri di raffreddamento, nonché fornirà alcuni esempi e formule per il calcolo.
Un BTU (British Thermal Unit) è un'unità di energia termica definita come la quantità di calore necessaria per aumentare la temperatura di una libbra d'acqua di un grado Fahrenheit nella gamma da 32°F a 212°F. Il BTU viene spesso utilizzato per misurare il carico termico o il tasso di trasferimento di calore delle torri di raffreddamento.
Una tonnellata è una metrica di raffreddamento evaporativo equivalente a 15.000 BTU all'ora per le torri di raffreddamento. Rappresenta la quantità di calore che può essere rimossa evapora una tonnellata d'acqua a 12.000 BTU all'ora. Una tonnellata è anche un'unità di capacità di refrigerazione pari a 12.000 BTU all'ora.
Un carico termico è la quantità di calore che deve essere rimossa dall'acqua circolante all'interno del sistema della torre di raffreddamento.
È determinato dal carico termico del processo e dal flusso d'acqua circolante. Il carico termico può essere calcolato con la seguente formula:
Dove,
Q = Carico termico in BTU/ora
m = Flusso di massa dell'acqua in lb/ora
Cp = Calore specifico dell'acqua in BTU/lb°F
ΔT = Differenza di temperatura tra l'acqua calda e l'acqua fredda in °F
Il carico termico è un parametro importante per determinare la dimensione e il costo della torre di raffreddamento. Un carico termico più elevato richiede una torre di raffreddamento più grande con maggiore flusso d'aria e d'acqua.
Un range di raffreddamento è la differenza di temperatura tra l'acqua calda che entra nella torre e l'acqua fredda che ne esce.
Indica quanto calore viene trasferito dall'acqua all'aria nella torre di raffreddamento. Un range di raffreddamento più elevato significa un tasso di trasferimento di calore più alto e una migliore prestazione della torre di raffreddamento. Il range di raffreddamento può essere calcolato con:
Dove,
R = Range di raffreddamento in °F
Th = Temperatura dell'acqua calda in °F
Tc = Temperatura dell'acqua fredda in °F
Il range di raffreddamento è determinato dal processo e non dalla torre di raffreddamento. Pertanto, è una funzione del carico termico del processo e del flusso d'acqua circolante.
Un approccio è la differenza tra la temperatura dell'acqua fredda e la temperatura del bulbo umido dell'aria.
Indica quanto vicina la temperatura dell'acqua fredda può avvicinarsi alla temperatura del bulbo umido, che è la temperatura minima raggiungibile dall'acqua per evaporazione. Un approccio più basso significa una temperatura dell'acqua fredda più bassa e una migliore prestazione della torre di raffreddamento. L'approccio può essere calcolato con:
Dove,
A = Approccio in °F
Tc = Temperatura dell'acqua fredda in °F
Tw = Temperatura del bulbo umido dell'aria in °F
L'approccio è uno dei parametri più importanti per decidere il costo e la dimensione della torre di raffreddamento. Decide anche la temperatura minima possibile dell'acqua fredda che può essere raggiunta dalla torre di raffreddamento. Normalmente, un approccio di 2,8°F è ciò che i produttori possono garantire.
