تبخیر آب در برج خنک کننده
مقدار آبی است که درهنگام فعالیت کولینگ تاور تبخیر و به صورت بخار آب از دستگاه خارج می گردد. برج های خنک کننده، دستگاه های تبخیری هستند؛ یعنی عملکرد این دستگاه بر اساس تبخیر آب می باشد.این دستگاه سطح تماس و زمان تماس بیشتر میان آب و هوا ایجاد می کند که موجب کاهش دمای آب می شود. میزان تبخیر آب ارتباط مستقیم با توان خنک کاری دستگاه دارد. هر چه دستگاه ابعاد بزرگتر و تناژ بیشتری داشته باشد، میزان تبخیر صورت گرفته بسیار بیشتر خواهد بود.در ادامه این مقاله از می خواهیم درباره تبخیر آب در برج های خنک کننده و عوامل موثر در این فرایند، نحوه محاسبه میزان تبخیر آب در کولینگ تاور مطالبی را بیان کنیم و همچنین در مورد لیست تولید کنندگان برج خنک کننده به شما عزیزان اطلاعاتی خواهیم داد.
تبخیر آب در کولینگ تاور
مسئله ای که همیشه در تمامی مراحل ابتدایی علم مکانیک سیالات تاکنون در تاسیسات و تهویه و تبرید با آن روبرو هستیم و تا امروز نیز شاید به صورت اساسی رفع نشده است مسئله تبخیر آب کولینگ تاور و در کنار آن هدر رفت آب در برج های خنک کننده و سایر تولیدات این صنعت می باشد؛ به گونه ای که بسیاری از کارفرمایان که در سال های دور و نزدیک خریدار این دستگاه ها بوده اند از هدر رفت آب و هزینه های بالای قبوض گلایه دارند. اما باید به این نکته توجه داشته باشیم که حتی اگر هزینه هدر رفت آب چه به صورت بخار شدن و یا به صورت پاشش آب به بیرون از برج بدلیل کارکرد های مختلف (سرعت بالای فن – لوورهای معیوب – ساختار بد دستگاه – تراز نبودن دستگاه و …) به کم ترین حالت هم برسد باز هیچ گاه به صفر نخواهد رسید.
تبخیر همان طور که از نام آن مشخص می باشد، یعنی تبدیل شدن مایع (عمدتاً آب) به گاز (عمدتاً بخار آب). این فرآیند شیمیایی زمانی رخ می دهد که دمای آب در اتمسفر (14.5 فشار در اینچ مربع) به 100 درجه سانتیگراد برسد. پس نکته ای که مشخص شد این است که اگر فشار ستونی هوا روی آب (یا هر محصول دیگری) از فشار جو زمین به هر اندازه کمتر شود، دمای تبخیر آب به سمت صفر درجه سانتیگراد می گراید، یعنی اگر فشار اتمسفر از 1 به 0.5 برسد، پر واضح است که آب در 50 درجه سانتیگراد به جوش می آید (تبخیر می شود).
یکی دیگر از مسائلی که کمی از این بحث متفاوت است این موضوع می باشد که باد (وزش باد) در تبخیر آب بی تاثیر نیست. برای مثال اگر آب را در دمای 23 درجه سانتیگراد و فشار جوی ثابت بدون وزش باد قرار دهیم و در طرفی همین شرایط را با وزش باد در نظر بگیریم، خواهیم دید که در مدت زمان یکسان آن ظرفی که هوا بر آن جریان داشته است کمی سطح کمتری پیدا کرده و این یک فرایند فیزیکی – شیمیایی می باشد (فرآیندی که در برج های خنک کننده به وفور به چشم می خورد).
محاسبه مقدار تبخیر آب در برج خنک کننده فایبرگلاس
در محاسبه گرمیزان تبخیر آب که در پایین آورده شده است، می توان به صورت آنلاین مقدار تبخیر آب در در واحد زمان برای گرمترین روز تابستان در شهر مورد نظر را بدست آورد.
مکانیزم تبخیر آب در برج خنک کننده
عوامل موثر در تبخیر آب در برج های خنک کننده
عوامل تأثیرگزار بر تبخیر آب از سطح عبارتند از:
- میزان جریان عبوری از سطح آب
هر چه میزان جریانی که از مولکول های آب که به صورت اسپری به روی پکینگ ها پاشش می شود بیشتر باشد، قطعاً جدا شدن این ذرات از یکدیگر بیشتر می گردد. اما این بدان معنی نیست که تبخیر شده است این موضوع دقیقا هدر رفت آب است. پس انتخاب فن و الکتروفن مناسب در زمان تولید دستگاه بسیار مهم است. - نوع جریان هوا در برج
در برج های خنک کننده صنعتی بزرگ نسبت به برج های کوچک تر و مسکونی سطح تماس هوا با آب (آب در حال ریزش روی پکینگ) بسیار بیشتر است. پس این که حجم هوای عبوری از روی آب چقدر باشد رابطه مستقیم با هدر رفت آب یا به اصطلاح همان تبخیر (تغییر فاز) دارد. - مقدار جریان هوا
اگر جریان هوای تازه (غیر اشباع) بروی سطح آب وجود داشته باشد، میزان تبخیر افزایش می یابد و لایه مرزی نفوذ بخار آب در سیال کاهش می یابد. - سطح تماس
هر چه سطح تماس آب با هوا بیشتر باشد، میزان تبخیر افزایش خواهد یافت. - دمای آب
دمای آب اگر بالای 37 درجه سانتیراد باشد، به ازای هر یک درجه میزان تبخیر نیز افزایش می یابد. برای مثال در بدن انسان که دمای معمولی (تعریف شده در شرایط نرمال) 37 درجه سانتیگراد است، هر چه قدر میزان تحرک و تعریق بیشتر شود دمای بدن افزایش نمی یابد.
مثلا اگر شما یک مسیر را با سرعت ثابت (30 کیلومتر در ساعت) طی کنید میزان افزایش دمای سطح پوست شاید 1 الی 2 درجه افزایش یاید؛ اما اگر سرعت را بیشتر کنید (40 کیلومتر در ساعت) بدن شروع به عرق کردن می کند (تبخیر سطحی) که این موضوع باز رابطه ای با دمای 37 درجه بدن ندارد.
پس، از این مثال به این موضوع پی می بریم که اگر دمای ورودی به یک برج مثلا 40 درجه سانتیگراد باشد و نیاز داشته باشیم که سرعت عبور هوا از سطح آب در حال ریزش به روی پکینگ را افزایش دهیم، باید سطح پکینگ را کنترل کنیم (پوست بدن)؛ یعنی با کم کردن گام در ورق های پکینگ سرعت عبور آب در یک بازه زمانی را کاهش دهیم تا زمان بیشتر بابت گرفتن گرما در برج به وجود آید و تبخیر یا همان گرفتن گرما رخ دهد تا به درجه ای که نیاز است بابت برگشت به سیکل کاری برسیم.
در نتیجه باید گفت که هر چه دمای سیال آب بالاتر باشد، میزان انرژی جنبشی آب بالاتر است و در نتیجه مولکول ها راحت تر از سطح سیال جدا شده و تبخیر می شوند. () - میزان اشباع بودن هوا
هر چقدر میزان اشباع بودن هوا از بخار آب کمتر باشد، تبخیر راحت تر صورت می گیرد. به عبارتی میزان دمای مرطوب محیط اگر کمتر باشد تبخیر بیشتر و آسان تر اتفاق می افتد. - هوای اشباع در منطقه
رطوبت هوای اشباع به دو صورت تعریف می شود؛ همیشه هوای اشباع با رطوبت مطلق یا هوای اشباع با رطوبت نسبی همدیگر ار پوشش می دهند. مثلا در هوای شرجی که نسبت دمای خشک به دمای مرطوب پایین است ما کمترین میزان تبخیر را داریم.
برای این که موضوع کمی روشن شود همیشه مشکل خشک شدن لباس های شسته شده در شمال یا جنوب کشور وجود دارد. زیرا بخار آب موجود در هوا (که گاهی به 90 درصد می رسد) اجازه تبخیر آب از سطح لباس های شسته شده و خشک شدن (رسیدن به دمای خشک) را نمی دهد.
پس اگر رطوبت در هوا به حالت اشباع (نزدیک به مطلق) در آید تبخیر کم می شود. همین موضوع نیز باعث می شود که در منطقه های شمالی یا جنوبی کشور برج های خنک کننده کاربرد نداشته باشد یا اگر هم داشته باشد با 50 تا 70 درصد بالای ظرفیت تعریف شده در نظر گرفته شود که اصلاً عملی مهندسی و معقول نیست (در این مناطق از برج های هوا خنک یا همان ایر کولینگ) استفاده می شود که سیکل مبرد مستقیم وارد کندانسور می شود و اصلا آب در این سیکل بابت خنک کاری دخیل نیست).
{چیلرهای دو پارچه هوایی} – {اسپلیت های دیواری} – {کولرهای پنجره ای}
M = E + D + B
فرمول بالا به این معنی است که مجموع هدر رفت آب به سه شکل صورت می گیرد:
{ مجموع = تبخیر آب بر حسب متر مکعب E + پرتاب آب بر حسب متر مکعب D + زیرآب بر حسب متر مکعب B }
- همان طور که اشاره شد تبخیر تعریف های مختلفی دارد که یکی از آنها دمای آب ورودی است که هرچه بیشتر باشد، در فشار اتمسفر ثابت بخار جدا شده از سطح آن افزایش می یابد.
- پرتاب آب نیز بستگی به یکسری المان هایی دارد. مثلاً اگر عمر مفید برج رو به اتمام باشد و اقدام به اورهال در سیستم نکنیم، بدلیل خرابی های به وجود آمده (فن، بدنه، درزها، تشتک و…) پرتاب آب بیشتر می گردد و این خود باعث آب میکاپ یا جبرانی شده و هزینه مصرف آب را بالا می برد.
- زیرآب یا بلودان یک اصطلاح در این سیستم می باشد. به این معنی که وقتی تبخیر از سطح آب (به عنوان محلول غالب در برج) بیش از حد باشد، میزان توازن آب و املاح موجود در آب بر هم می خورد. پس حالت رقیق آب متمایل به حالت غلیظ می گردد و املاح (عمدتاً نمک) از تبخیر و کاهش دما جلوگیری می کند، برای جبران این موضوع باید هر چند وقت یکبار (بسته به میزان بلودان و غلظت آب) آب را از شیرهای ورودی به برج وارد و آب موجود و غلیظ شده را خارج کرد که به این کار آب جبرانی می گوییم که میزان آن نیم درصد نسبت به آب کل در سیستم است که باز بسته به شرایط تفاوت می کند.
میزان تبخیر آب در برج خنک کننده با استفاده از اصول بالا، به دلیل وجود فن، هوا به جریان در آمده و همزمان در قسمت پکینگ ها سطح گسترده میان آب و هوا بوجود می آید. در کولینگ تاور با افزایش جریان هوا، سطح تماس و زمان تماس مقدار تبخیر آب را افزایش می دهیم.
تبخیر آب در برج خنک کننده به مقدار زیاد انجام می شود و در حقیقت اساس کارکرد کولینگ تاور می باشد. این آب با گرفتن گرمای نهان و تبخیر، موجب خنک شدن مابقی آب موجود در سیستم می شود.مقدار گرمای مورد نیاز جهت تبخیر آب برابر 2260 کیلو ژول بر کیلوگرم یا 40.8 کیلو ژول بر مول آب می باشد. یعنی اگر یک لیتر آب (یک کیلوگرم) در برج خنک کن تبخیر شود به میزان 2260 کیلو ژول گرما از آب دریافت می کند و به اتمسفر وارد می کند.
میزان مصرف آب در برج خنک کننده
مصرف آب برج خنک کننده
مصرف آب در برج خنک کن محدود به تبخیر نیست و شامل مجموع تبخیر، پرتاب و بلودان می باشد. البته تبخیر بیشترین مصرف آب در کولینگ تاور می باشد. تعیین مقدار بلودان با توجه به طراحی عملیات آبی است و در اختیار کاربر می باشد ().
M=E+محاسبه آب جبرانی برج خنک کننده برابر مجموع پارامترهای مختلف از جمله میزان تبخیر آب در برج خنک کننده، میزان پرتاب آب در برج خنک کننده، زیر آب یا آب تخلیه در برج خنک کننده بدست می آید. در ادامه این مقاله از به محاسبه مقدار هر کدام از موارد فوق خواهیم پرداخت و هر کدام را به صورت مجزا توضیح خواهیم داد.به طور کلی محاسبه آب جبرانی کولینگ تاور که برابر مجموع تبخیر و پرتاب آب در برج خنک کننده بعلاوه بلودان در برج خنک کننده به صورت سرانگشتی برابر 1.5 تا 2 درصد کل دبی آب در گردش در برج خنک کننده می باشد، در محاسبه گر زیر با ورود اطلاعات مقدار دقیق آب جبرانی را محاسبه نمایید.
آب جبرانی کولینگ تاور
براساس معادله بقای جرم باید مقدار آب جبرانی برج خنک کننده برابر میزان از دست رفته (تبخیر + پرتاب + تخلیه) باشد که در این حالت به معادله زیر خواهیم رسید:
M=E+D+B
پارامترهای موثر بر محاسبه آب جبرانی برج خنک کن
تبخیر آب در برج خنک کننده تابع دمای ورود و خروج از ، میزان دبی آب در گردش و دمای مرطوب محیط می باشد. همانطور که ملاحظه می کنید دقیقاً تبخیر آب، وابسته به پارامترهای موثر بر طراحی برج خنک کننده می باشد؛ بله در حقیقت همین تبخیر است که تناژ برج خنک کننده را تعیین می کند و کار برج خنک کننده بر اساس تبخیر می باشد که هر چه تبخیر بیشتر باشد، راندمان و تناژ دستگاه بالاتر است و آب بیشتری را خنک می کند.در محاسبه آب جبرانی برج خنک کننده، تبخیر آب تقریباً برابر 1 درصد دبی در گردش می باشد.
نکته:برای مشاهده قیمت برج خنک کننده گرد میتوانید به سایت ما مراجعه کنید و هر سوالی داشتید میتوانید از کارشناس های ما بپرسید.