Ang isang cooling tower na may natural draft ay isang uri ng heat exchanger na nag-cool ng tubig sa pamamagitan ng direkta na kontak sa hangin. Ginagamit ito sa mga power plant, oil refineries, petrochemical plants, at natural gas plants upang alisin ang sobrang init mula sa circulating water system. Ang isang cooling tower na may natural draft ay umiiral sa prinsipyo ng convective flow para magbigay ng air circulation, walang kailangan para sa mga fan o iba pang mechanical devices. Ang airflow ay pinapatakbo ng pagkakaiba ng density sa pagitan ng mainit at madampot na hangin sa loob ng tower at mas malamig at mas tuyo na ambient air sa labas ng tower.
Ang pangunahing prinsipyo ng paggana ng isang cooling tower na may natural draft ay ipinapakita sa sumusunod na diagram:
Ang pangunahing bahagi ng isang cooling tower na may natural draft ay:
Hot water inlet: Ito ang lugar kung saan pumapasok ang mainit na tubig mula sa sistema o condenser sa itaas ng tower. Ang hot water inlet ay konektado sa serye ng mga nozzle na nag-spray ng tubig sa ibabaw ng fill material.
Fill material: Ito ay isang poroso na materyal na nagbibigay ng malaking surface area para sa heat transfer sa pagitan ng tubig at hangin. Ang fill material ay maaaring gawa sa kahoy, plastic, metal, o ceramic. Ang fill material ay maaaring i-arrange sa iba't ibang paraan, tulad ng splash bars, grids, o film packs.
Cold water basin: Ito ang lugar kung saan nakakolekta ang naco-cool na tubig sa ilalim ng tower. Ang cold water basin ay may drain valve at pump na nag-recirculate ng tubig pabalik sa sistema o condenser.
Air inlet: Ito ang lugar kung saan pumapasok ang fresh air sa base ng tower. Ang air inlet ay maaaring bukas o sarado, depende sa disenyo ng tower.
Air outlet: Ito ang lugar kung saan lumalabas ang mainit at madampot na hangin sa itaas ng tower. Ang air outlet ay maaaring may diffuser o stack upang palakasin ang airflow.
Ang proseso ng pag-cool ng tubig sa isang cooling tower na may natural draft ay may dalawang pangunahing mekanismo: sensible heat transfer at latent heat transfer.
Sensible heat transfer: Ito ang paglipat ng init mula sa mainit na tubig patungo sa malamig na hangin sa pamamagitan ng direkta na kontak. Bilang resulta, ang temperatura ng parehong fluid ay nagbabago, ngunit hindi ang kanilang phase. Ang sensible heat transfer ay depende sa mga factor tulad ng temperature difference, flow rate, at surface area ng kontak.
Latent heat transfer: Ito ang paglipat ng init mula sa mainit na tubig patungo sa malamig na hangin sa pamamagitan ng evaporation. Bilang resulta, ang ilang bahagi ng tubig ay nagbabago ng phase mula liquid to vapor, habang nagsasabsorb ng init mula sa kanyang paligid. Ang latent heat transfer ay depende sa mga factor tulad ng humidity ratio, vapor pressure, at mass transfer coefficient.
Ang kombinasyon ng sensible at latent heat transfer ay nag-cool down ng tubig at nag-heating ng hangin. Ang naco-cool na tubig ay bumababa sa cold water basin, habang ang nainit na hangin ay tumataas sa air outlet dahil sa buoyancy. Ang epekto ng buoyancy ay lumilikha ng natural draft na humuhila ng mas maraming fresh air sa air inlet, lumilikha ng continuous cycle ng cooling.
Maaaring ikategorya ang mga cooling tower na may natural draft sa dalawang uri batay sa kanilang configuration:
Counterflow natural draft cooling towers: Sa mga tower na ito, ang tubig ay bumababa, at ang hangin ay tumataas sa kabaligtarang direksyon. Ito ay nagbibigay ng mas mataas na temperature difference at mas mataas na cooling efficiency. Gayunpaman, ang mga tower na ito ay nangangailangan ng mas mataas na taas at mas maraming spray nozzles kaysa sa crossflow towers.
Crossflow natural draft cooling towers: Sa mga tower na ito, ang tubig ay bumababa, at ang hangin ay tumataas sa perpendicular na direksyon. Ito ay nagbibigay ng mas mababang taas at mas kaunti na spray nozzles kaysa sa counterflow towers. Gayunpaman, ang mga tower na ito ay may mas mababang temperature difference at mas mababang cooling efficiency kaysa sa counterflow towers.
Ang sumusunod na talahanayan ay sumasama ng ilang mga advantage at disadvantage ng bawat uri:
Uri |
Mga Advantage |
Mga Disadvantage |
Counterflow |
Mas mataas na temperature difference Mas mataas na cooling efficiency Mas mahusay na distribution ng tubig Mas kaunti ang prone sa freezing |
Mas mataas na taas Mas mataas na gastos Mas maraming spray nozzles Mas prone sa scaling |
| Crossflow | Mas mababang taas Mas mababang gastos Mas kaunti ang spray nozzles Mas kaunti ang prone sa scaling | Mas mababang temperature difference Mas mababang cooling efficiency Mas mahina ang distribution ng tubig Mas prone sa freezing |
Ang sumusunod na larawan ay nagpapakita ng pagkakaiba sa pagitan ng counterflow at crossflow natural draft cooling towers:
Ang mga cooling tower na may natural draft ay karaniwang pinili para sa mga application na nangangailangan ng:
Malaking at constant na cooling capacity sa loob ng maraming taon
Mababang operational at maintenance costs
Mababang noise level at power consumption
Mataas na resistance sa wind loadings at corrosion
Ang ilang halimbawa ng mga application na gumagamit ng cooling towers na may natural draft ay:
Thermal power plants na gumagamit ng coal, oil, gas, o nuclear fuel upang lumikha ng electricity
Oil refineries na nagproseso ng crude oil upang makagawa ng iba't ibang produkto tulad ng gasoline, diesel, jet fuel, etc.
Petrochemical plants na naglalabas ng chemicals mula sa petroleum o natural gas feedstocks
Natural gas plants na nagproseso ng natural gas upang makagawa ng liquefied natural gas (LNG), compressed natural gas (CNG), o iba pang produkto
Ang ilang mga advantage ng cooling towers na may natural draft ay:
Hindi sila nangangailangan ng fans o iba pang mechanical devices upang i-induce ang airflow, na nagpapakamura ng power at nagbabawas ng noise
May mababang operational at maintenance costs, dahil may kaunting moving parts at mas kaunti ang wear and tear
May mababang system losses, dahil nawawala lang sila ng less than 1% ng total water flow dahil sa evaporation
May malaking cooling capacity, dahil kayang hanapin ang malaking amount ng water flow
Walang recirculation ng hangin, dahil may mataas na stack outlet na nagpapahintulot na hindi ma-re-enter ang mainit na hangin sa tower
Ang ilang mga disadvantage ng cooling towers na may natural draft ay:
Nangangailangan ng malaking initial capital investment, dahil mahal ang konstruksyon at installation
Nangangailangan ng malaking lugar, dahil may malawak na base at mataas na taas
Mahirap kunin ang planning permission, dahil may negatibong aesthetic impact sa lokal na lugar
Ang performance ay depende sa wind velocity at direction, dahil maaari itong makaapekto sa airflow at heat transfer
