محاسبات برج خنک کنننده

محاسبات در طراحی برج خنک کننده (قسمت اول)

یکی از مهمترین مسائلی که در انتخاب یک برج خنک کننده خوب به مشتریان کمک می کند. بحث محاسبات مربوط به برج خنک کننده است. مشتریان با استفاده از این محاسبات است که می توانند به بهترین برج خنک کننده متناسب با نیاز خود دست یابند.

علاوه بر مشتریان، مهندسین طراح برج های خنک کننده هم با استفاده از این محاسبات است که روز به روز به کیفیت و بازده خنک کنندگی برج های خنک کننده می افزایند. بیایید بعضی از مهمترین این محاسبات را بررسی کنیم.

آپروچ یا دمای تقرب برج خنک کننده

از اولین پارامترهایی که در بیشتر محاسبات مربوط به برج خنک کننده مورد استفاده قرار می گیرد، آپروچ (Approach) برج خنک کننده است. برای محاسبه این مقدار، باید دمای آب سردی که از برج خنک کننده خارج می شوند را اندازه بگیرید. سپس باید دمای – حباب مرطوب- (wet bulb temperature) محیط را هم اندازه بگیرید. بعد از آن با تفریق این مقدار از هم می توانید به آپروچ برج خنک کننده دست یابید. آب سرد خروجی از برج خنک کننده که مشخص است. ولی منظور از دمای – حباب مرطوب- چیست؟ حتما تا به حال یک دما سنج را از نزدیک دیده اید. دماسنج در محیط، دمای خاصی را نشان میدهد که دمای محیط نام دارد. حال اگر حباب انتهایی دماسنج را مرطوب کنیم و آن را در برابر جریان هوا قرار دهیم، مثلا به آن فوت کنیم، مشاهده می کنید که دمای نشان داده شده در دماسنج کمی پایین تر می آید. این دمای پایین تر دمای حباب مرطوب نام دارد.

دمای حباب مرطوب محیط

دمای حباب مرطوب محیط

 

هرچه آپروچ برج خنک کننده پایین تر باشد، راندمان آن برج خنک کننده بالا تر است. چطور؟ دمایی که دماسنج با حباب تر نشان میدهد درواقع دمایی است که از تبخیر آب روی حباب دماسنج حاصل شده است که با توجه به پیچیدگی کم آن دمای نسبتا پایینی است. در برج خنک کننده مرطوب هم از تبخیر آب روی پکینگ ها برای خنک سازی استفاده می شود ولی پیچیدگی بیشتری دارد. همین امر سبب شده که دمای آب حباب مرطوب یک ایدآل باشد و تقریبا هرگز دمای آب سرد خروجی از برج خنک کننده به این دمای ایده آل نمی رسد. پس تلاش ها تنها برای نزدیک کردن دمای آب سرد خروجی از برج خنک کننده به دمای حباب مرطوب صورت می گیرد. به همین جهت است که می گوییم هرچه این اختلاف دمای آب سرد خروجی از برج خنک کننده و دمای حباب مرطوب یا همان آپروچ برج خنک کننده کمتر باشد، راندمان آن برج خنک کننده بالاتر است.

برای پایین آوردن آپروچ باید سطح تماس آب و هوا افزایش یابد. به هرحال حداقل آپروچ قابل دست یابی در محاسبات مهندسی حدود 5 درجه فارنهایت است. ولی در علم این مقدار را حدود 10 درجه فارنهایت در نظر میگیرند. چرا که بعث طراحی برج خنک کننده مناسب تر از نظر اقتصادی هم می شود.

برای آپروچ حدود 6 یا 7 درجه فارنهایت، هزینه طراحی و ساخت برج خنک کننده تقریبا دو برابر خواهد شد.

پس اولین فرمول ما شد:

آپروچ= (دمای آّب سرد خروجی – دمای حباب مرطوب محیط)

اختلاف دما در برج خنک کننده

فاکتور مهم دیگری که در طراحی برج خنک کننده بسیار مورد استفاده قرار می گیرد، اختلاف دمای آب ورودی و آب خروجی از برج خنک کننده (Range) است. برای محاسبه ظرفیت سرمایشی و راندمان برج خنک کننده از این فاکتور بسیار استفاده خواهیم کرد.

آپروچ و رنج در برج خنک کننده.

آپروچ و رنج در برج خنک کننده.

این فاکتور برعکس آپروچ هرچه بیشتر باشد نشانگر قدرت بیشتر و راندمان بیشتر برج خنک کننده است. چرا که مشخص میکند که برج خنک کننده چه میزان آب گرم را خنک کرده است. با این حال یک سلول برج خنک کننده به تنهایی نمیتواند رنج (Range) بیشتر از 10 درجه سانتیگراد را تولید کند. در واقع این فاکتور در برج های خنک کننده چیزی بین 5 تا 7 درجه سانتی گراد است. فرمول محاسبه رنج از قرار زیر است:

رنج = (دمای آب ورودی – دمای آب خروجی)

راندمان برج خنک کننده

خب بالاخره به مهمترین فاکتور محاسباتی برج های خنک کننده رسیدیم. راندمان برج خنک کننده در یک عدد میزان عملکرد برج خنک کننده مشخص میکند. برای محاسبه ی راندمان یا بازده ی برج خنک کننده هم به فاکتور آپروچ احتیاج داریم و هم به فاکتور رنج و فرمول محاسبه آن از قرار زیر است:

راندمان =] (رنج + آپروچ) / رنج [ × 100

پس برای محاسبه راندمان باید یک کسر را در عدد 100 ضرب کنیم. کسری که در صورت آن رنج و در مخرج آن مجموع رنج و آپروچ قرار دارد.

اگر آپروچ را صفر در نظر بگیریم، راندمان برج خنک کننده 100 درصد خواهد شد. چیزی که قبلا هم گفتیم غیر ممکن است. معمولا راندمان یک برج خنک کننده خوب حدود 75 درصد است. امکان طراحی و ساخت برج خنک کننده با راندمان بالاتر هم وجود دارد ولی از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست.

چرخه غلظت برج خنک کننده

یکی دیگر از فاکتور های محاسبه شونده در رابطه با برج خنک کننده، چرخه غلظت است. آبی که در چرخه برج خنک کننده استفاده می شود، به دلیل تبخیر مداوم، غلیظ می شود. این افزایش غلظت برای برج خنک کننده مضر است و باید کنترل شود. برای اندازه گیری این فاکتور میتوانید به یون های موجود در آب تکیه کنیم. چرا که با افزایش تبخیر، میزان یون در واحد حجم آب افزایش می یابد. این افزایش به معنای افزایش رسانایی آب است. برای محاسبه فاکتور چرخه غلظت، باید میزان رسانایی آب موجود در چرخه اصلی برج را به رسانایی آبی که برای جبران کمبود آب به برج اضافه می شود (آب جبرانی) تقسیم کنیم. پس فرمول از قرار زیر خواهد بود:

چرخه غلظت= رسانایی آب جبرانی / رسانایی آب موجود در چرخه

فاکتور چرخه غلظت (Cycle of Concentration) با علامت coc هم شناخته می شود و مقدار بین 3 تا 7 را تشکیل می دهد.

درست است که کاهش این عدد بسیار بر عملکرد برج خنک کننده تاثیر مثبت دارد. ولی افزایش مصرف آب را برای برج به همراه خواهد داشت. پس همواره باید این عدد در بهینه ترین حالت محاسبه و تنظیم شود تا در عین مصرف کم آب، کمترین رسوب گذاری را داشته باشیم.

فاکتور محاسباتی دیگر که اهمیت بسیار زیادی دارد، فاکتور آب جبرانی است که مبحثی فراتر از فاکتورهای بالا دارد و در مقاله بعدی به آن می پردازیم.

پکینگ فیلم

از چه پکینگی در برج خنک کننده خود استفاده کنیم؟

پکینگ از مهم ترین و بنیادی ترین قطعات برج خنک کننده است. قبل از این که بررسی انواع آن ها بپردازیم بهتر است به صورت خلاصه با عملکرد برج خنک کننده آشنا شویم. برج خنک کننده برای خنک کردن یک محیط، مثل خانه، هتل یا شرکت ها و اداره جات استفاده می شوند. علاوه بر این ها از این دستگاه ها برای دور کردن گرمای اضافه تولید شده در بعضی کارگاه ها، کارخانه ها و نیروگاه ها هم استفاده می شود.

نحوه عملکرد این دستگاه به این صورت است که آب گرم شده در خانه یا نیروگاه به برج خنک کننده انتقال می یابد. در آنجا آب با هوا تماس پیدا میکند و خنک می شود و دوباره به سیکل خنک کننده خود بر می گردد. پکینگ ابزاری است که برخورد آب و هوا را میسر می کند و این کارا را به وسیله افزایش سطح و زمان برخورد آب و هوا انجام می دهد. هرچه این دو عامل، یعنی سطح برخورد آب و هوا و زمان برخورد آب و هوا بیشتر شود؛ بازده کل برج خنک کننده بیشتر می شود. طراحی پکینگ ها هم همه بر این اساس است که این دو فاکتور را افزایش دهند.

در مدل های قدیمی تر برج خنک کننده، اصلا چیزی به نام پکینگ وجود نداشت. آب توسط چندین وسیله ی دوش مانند به هوای خنک پاشیده می شد تا دمای خود را کاهش دهد. مشخص است که این برج های خنک کننده بازدهی خیلی پایینی داشتند. چرا که زمانی که در این سیستم، آب و هوا، با هم در تماس بودند بسیار کم بود و آب فرصت کافی نداشت تا گرمای خود را به هوا منتقل کند.

بعد از مدتی از تخته های باریکی استفاده میشد تا آب در هنگام پاشش به پایین آن ها را خیس کند و در این حالت آب زمان بیشتری در تماس با هوا قرار می گرفت. ولی در این روش بعد از مدتی مشکل رسوب آب بر روی چوب ها و گاها رشد جلبک ها، مانع عملکرد مناسب برج خنک کننده می شد. بعد از این کم کم پای پکینگ های پلاستیکی به میان آمد که امروزه هم مورد استفاده قرار می گیرند. در ادامه با این پکینگ ها و پکینگ های نت اسپلش بیشتر آشنا می شویم.

مزایای پکینگ فیلم

این پکینگ از پلاستیک ساخته می شود. آب از بالا روی این پکینگ ریخته می شود. با خیس شدن پکینگ یک لایه نازک آب تمام سطوح بیرون و داخل شبکه های آن را در بر می گیرد. به همین دلیل تشکیل لایه نازک آب است که به این پکینگ، پکینگ فیلم میگویند. (فیلم در زبان انگلیسی لایه نازک ویا غشا هم ترجمه می شود.) سپس هوا خنک از پایین به درون شبکه های پکینگ کشیده می شود و با گذشتن از روی لایه نازک آب به وسیله پدیده تبخیر سطحی دمای آب را با خود به بیرون منتقل میکند. پکینگ فیلم با ساخت این لایه نازک آب و عبور هوا از روی آن به خوبی زمان و سطح برخورد آب و هوا افزایش میدهد.

پکینگ فیلم

پکینگ فیلم

معایب پکینگ فیلم

– این پکینگ از جنس پلاستیک ساخته شده اند. به همین دلیل عمر نسبتا کوتاه تری دارند.

– به دلیل استفاده از پلاستیک در ساختار این پکینگ ها، نمیتوان از آن ها در محیط هایی که دمای آب آن بالای 55 درجه سانتی گراد است، استفاده نمود. چرا که دمای بالا، باعث می شود، پکینگ شکل خود را از دست بدهد.

– روش پکینگ فیلم به صورتی است که شدیدا باعث ایجاد رسوب بر روی پکینگ می شود؛ مگر اینکه از سختی گیر آب در برج خنک کننده استفاده شود. در غیر این صورت برای آب با سختی بیشتر از ( 500 TDS ) مناسب نیست.

– اگر آب دارای ناخالصی و ذرات معلق زیادی می باشد. نمی توان از این پکینگ ها استفاده نمود. چون ذرات به مرور، منافذ پکینگ را مسدود می کنند.

– اگر آب حتی به میزان خیلی کمی هم اسیدی یا قلیایی باشد، باعث خوردگی پکینگ می شود.

– برای رفع رسوب گاها نیاز به اسید شویی می باشد که این موضوع باعث کاهش عمر پکینگ می شود.

– اگر پکینگ کیفیت کافی را نداشته باشد، دچار فرسایش شده و شکستگی و خوردگی برایش اتفاق می افتد. در این حالت ممکن است قطعات ریز، آن وارد سیکل خنک کنندگی شده و به کل برج آسیب برساند.

مزایای پکینگ نت اسپلش

پکینگ نت اسپلش، ساختار متفاوتی دارد. در این پکینگ، آب پس از برخورد های زیادی که به میله های در هم تنیده پکینگ دارد به قطرات ریزی تبدیل میشود. در این حالت هوا از میان قطرات ریز آب عبور داده شده و گرمای آن ها گرفته میشود.

پکینگ-نت-اسپلش

پکینگ-نت-اسپلش

این پکینگ ها بسیار دیرتر دچار رسوب می شوند. معمولا 4 الی 5 سال به خوبی کار کرده و نیاز به شستشو و رفع رسوب ندارند. بعد از این مدت هم رسوب ها به راحتی توسط آب فشار بالا (واتر جت) برطرف می گردد و نیازی به اسید شویی نیست.

دربرابر آب های اسیدی و قلیایی بسیار مقاوم تر هستند و حتی برای آب های دارای ناخالصی زیاد هم می توان از این پکینگ ها استقاده نمود.

معایب پکینگ نت اسپلش

– قدرت خنک کننده ای کمتری نسبت به پکینگ فیلم دارد.