Doğal çekerli bir soğutma kulesi, suyun hava ile doğrudan teması yoluyla soğutan bir tür ısı değiştiricidir. Bu, enerji santrallerinde, petrol rafinerilerinde, petrokimya tesislerinde ve doğal gaz tesislerinde devre sularından fazla ısıyı uzaklaştırmak için kullanılır. Doğal çekerli bir soğutma kulesi, fan veya diğer mekanik cihazlar olmadan konvektif akış ilkesine dayanarak hava dolaşımını sağlar. Hava akışı, kule içindeki sıcak ve nemli hava ile kule dışındaki daha serin ve kurumış çevresel hava arasındaki yoğunluk farkı tarafından yönlendirilir.
Bir doğal çekerli soğutma kulesinin temel çalışma ilkesi aşağıdaki diyagramda gösterilmiştir:
Bir doğal çekerli soğutma kulesinin ana bileşenleri şunlardır:
Sıcak su giriş: Sistemin veya kondansörün sıcak suyu buradan kulenin tepesinden girer. Sıcak su giriş, suyu dolgu malzemesi üzerinde püskürtmek için bir dizi nozle ile bağlantılıdır.
Dolgu malzemesi: Bu, su ile havanın arasında ısı transferi için geniş bir yüzey alanı sağlayan porözlü bir malzemedir. Dolgu malzemesi, ahşap, plastik, metal veya keramikten yapılabilecek ve splash barları, gridler veya film paketleri gibi farklı şekillerde düzenlenebilir.
Soğuk su havuzu: Soğuk su bu bölmede kulenin altına doğru toplanır. Soğuk su havuzu, bir drenaj valfi ve sisteme veya kondansöre suyu yeniden dolaştıran bir pompaya sahiptir.
Hava giriş: Taze hava buradan kulenin tabanından girer. Hava giriş, kule tasarımına bağlı olarak açılıp kapatılabilir.
Hava çıkış: Sıcak ve nemli hava buradan kulenin tepesinden çıkar. Hava çıkış, hava akışını artırmak için bir difüzör veya baca olabilir.
Bir doğal çekerli soğutma kulesinde suyun soğutulması süreci, iki ana mekanizma içerir: hissedilen ısı aktarımı ve gizli ısı aktarımı.
Hissedilen ısı aktarımı: Bu, sıcak su ile soğuk hava arasındaki doğrudan temas sonucu ısı aktarımıdır. Sonuç olarak, her iki akışkanın sıcaklığı değişir, ancak fazları değişmez. Hissetilen ısı aktarımı, sıcaklık farkı, akış hızı ve temas yüzey alanına bağlıdır.
Gizli ısı aktarımı: Bu, sıcak su ile soğuk hava arasındaki buharlaşma sonucu ısı aktarımıdır. Sonuç olarak, suyun bir kısmı sıvıdan buhar fazına geçiş yaparken çevrelerinden ısı emer. Gizli ısı aktarımı, neme oranı, buhar basıncı ve kütle aktarım katsayısına bağlıdır.
Hissedilen ve gizli ısı aktarımının birleşimi suyu soğutur ve hava sıcaklığını artırır. Soğutulmuş su soğuk su havuzuna düşerken, ısılanmış hava balonculuk etkisiyle hava çıkışına yükselir. Balonculuk etkisi, hava girişinde daha fazla taze hava çekerek sürekli bir soğutma döngüsü oluşturur.
Doğal çekerli soğutma kuleleri, yapılandırmalarına göre iki türe ayrılabilir:
Karşı akış doğal çekerli soğutma kuleleri: Bu kulelerde, su aşağı doğru, hava ise yukarı doğru zıt yönde akar. Bu, daha yüksek bir sıcaklık farkı ve daha yüksek bir soğutma verimliliği sağlar. Ancak, bu kuleler, çapraz akış kulelerine göre daha yüksek bir yüksekliğe ve daha fazla püskürtme nozle'ye ihtiyaç duyar.
Çapraz akış doğal çekerli soğutma kuleleri: Bu kulelerde, su aşağı doğru, hava ise dikey olarak dik yönde akar. Bu, karşı akış kulelerine göre daha düşük bir yükseklik ve daha az püskürtme nozle gerektirir. Ancak, bu kuleler, karşı akış kulelerine göre daha düşük bir sıcaklık farkı ve daha düşük bir soğutma verimliliği sunar.
Aşağıdaki tablo, her türün bazı avantajlarını ve dezavantajlarını özetlemektedir:
Tür |
Avantajlar |
Dezavantajlar |
Karşı akış |
Daha yüksek sıcaklık farkı Daha yüksek soğutma verimliliği Daha iyi su dağılımı Daha az donma eğilimi |
Daha yüksek yükseklik Daha yüksek maliyet Daha fazla püskürtme nozle Daha çok tortu oluşumu eğilimi |
| Çapraz akış | Daha düşük yükseklik Daha düşük maliyet Daha az püskürtme nozle Daha az tortu oluşumu eğilimi | Daha düşük sıcaklık farkı Daha düşük soğutma verimliliği Daha kötü su dağılımı Daha çok donma eğilimi |
Aşağıdaki şekil, karşı akış ve çapraz akış doğal çekerli soğutma kuleleri arasındaki farkı göstermektedir:
Doğal çekerli soğutma kuleleri genellikle şu uygulamalar için tercih edilir:
Yıllar boyunca büyük ve sabit bir soğutma kapasitesi
Düşük işletme ve bakım maliyetleri
Düşük gürültü seviyesi ve enerji tüketimi
