میزان تبخیر آب در کولینگ تاور چگونه محاسبه میشود؟
برجهای خنککننده دستگاههای تبخیری هستند که برپایه تبخیر آب فعالیت میکنند. تبخیر آب در این دستگاه درواقع میزان آبی است که در زمان فعالیت برج خنککننده، تبخیر شده و از دستگاه خارج میگردد. این برج با ایجاد سطح تماس و زمان تماس بیشتر بین آب و هوا، سبب کاهش دما آب خواهد شد.
هرچه این دستگاه در ابعاد بزرگتر و تناژ بالاتری طراحی شود، مقدار تبخیر آب بیشتر خواهد بود؛ زیرا تبخیر آب با توان خنککاری ارتباط مستقیمی دارد. در ادامه این مقاله به چگونگی محاسبه میزان تبخیر آب در کولینگ تاور میپردازیم.
مکانیزم تبخیر آب برج خنککننده
عملکرد برج خنک کننده به نحوی است که این عمل تبخیر تنها از سطح آب صورت میگیرد. هرچه دمای آب بالاتر و سطح آب گستردهتر باشد، مقدار تبخیر آب برج خنککننده بیشتر خواهد بود. هنگامی که مولکولهای سطح آب به مقدار کافی انرژی کسب نمایند، از سطح آب جدا شده و به شکل بخار وارد هوا میشوند.
بعد از عملیات تبخیر، طبق انرژی که از آب گرفته شده، از مقدار دما سایر مولکولهای آب که به شکل سیال هستند کاسته خواهد شد. این پدیده را سرمایش تبخیری مینامند که در برج خنک کننده مورد استفاده قرار میگیرد. عواملی نیز بر میزان تبخیر آب در برج خنک کننده تاثیرگذارند که شامل موارد زیر میباشند:
- مقدار جریان هوا: درصورتیکه جریان هوا غیراشباع (تازه) بر سطح آب حاکم باشد، مقدار تبخیر افزایش یافته و از لایه مرزی نفوذ بخارآب در سیال کاسته خواهد شد.
- دما آب: با افزایش دما سیال آب، میزان انرژی جنبشی آب نیز بالاتر میرود. در این حالت مولکولها به آسانی از سطح سیال جدا شده و تبخیر میشوند.
- سطح تماس: هرچقدر سطح تماس آب با هوا گستردهتر باشد، مقدار تبخیر بیشتر می شود.
- میزان اشباع بودن هوا: هرچه مولکولهای بخار آب کمتر در هوا اشباع شده باشد، عملیات تبخیر آسانتر انجام میشود. در واقع رطوبت هوا محیط هرچقدر کمتر باشد، تبخیر آسانتر و به مقدار بیشتری صورت میگیرد. برای مثال در شهرهای شمال ایران که رطوبت هوا بیشتر است، تبخیر سختتر اتفاق میافتد.
با استفاده از اصول بالا و به دلیل وجود فن هوا، مقدار تبخیر آب در برج خنککننده به حرکت در میآید. در همان زمان در قسمت پکینگها نیز سطح گستردهای میان آب و هوا ایجاد میشود. در برج خنککننده افزایش جریان هوا، زمان تماس و سطح تماس سبب افزایش مقدار تبخیر آب می گردد.
محاسبه مقدار تبخیر آب در کولینگ تاور (برج خنککننده)
همانطور که گفتیم عملکرد برج خنککننده برپایه تبخیر سطحی آب است. با کمک فرمولهای زیر میتوان بهطور تقریبی مقدار تبخیر در برجهای خنککننده را محاسبه کرد.
فرمول اول:
E = 0.0015*R*C
E: میزان تبخیر آب در برج خنککننده برحسب متر مکعب بر ساعت
R: اختلاف دما بین ورودی و خروجی بر حسب درجه سانتیگراد
C:دبی آب در گردش برحسب مترمکعب بر ساعت
فرمول دوم:
E = 0.0018*R*C
ضرایب این فرمول نیز مشابه فرمول بالا میباشد.
باتوجه به توضیحات بیان شده، نسبت تبخیر به دبی آب در گردش به صورت تقریبی برابر 0.0015 تا 0.0018 ضرب در دبی آب در گردش خواهد بود.
E/C = 0.0015 ~ 0.0018*R
برای نمونه اگر دما ورودی آب در کولینگ تاور برابر 40 درجه سانتیگراد و دما خروجی معادل 30 درجه سانتیگراد باشد، اختلاف دما ورودی و خروجی برابر 10 درجه سانتیگراد میباشد. همچنین درصورتیکه دبی آب درحال گردش را 50 متر مکعب در ساعت در نظر بگیریم، مقدار تبخیر آب برج خنککننده با استفاده از ضریب 0.0015 برابر 0.75 متر مکعب یا 750 لیتر در ساعت خواهد بود. عدم وابستگی این فرمول به دما وت بالب (Wet Bull( یا حباب تر از مهمترین نکات آن است.
عدد محاسبه شده برای مقدار تبخیر و مصرف آب کولینگ تاور، در گرمترین ماه سال یعنی مرداد ماه و بین ساعات 12 الی 16 معتبر خواهد بود. در این حالت برای بدست آوردن عدد واقعی مقدار تبخیر آب برج خنک کننده، نباید عدد محاسبه شده از فرمول فوق را در 24 ساعت شبانه روز ضرب کنیم. به عبارتی مقدار مصرف آب متوسط روزانه، ماهانه و سالانه کولینگ تاور عددی بسیار کوچکتر از حاصلضرب حداکثر مصرف ضرب در ساعات روز، ماه و سال خواهد بود.
نحوه محاسبه آب جبرانی برج خنککننده
عدد محاسبه شده برای آب جبرانی برج خنککننده از مجموع پارامترهای مختلف مثل مقدار تبخیر آب در برجهای خنککننده، زیرآب یا آب تخلیه در کولینگ تاور و میزان پرتاب آب در این دستگاه بدست میآید. این عدد بطور سرانگشتی عدد بین 1.5 تا 2 درصد کل دبی آب در گردش در برج خنککننده است. در ادامه روش محاسبه را بررسی مینماییم.
طبق معادله بقا جرم، مقدار آب جبرانی برج خنککننده باید برابر مقدار از دست رفته (پرتاب+تبخیر+تخلیه) باشد که در این صورت به معادله زیر میرسیم.
M=E+D+B
M: آب جبرانی برحسب مترمکعب بر ساعت
E: مقدار تبخیر برحسب مترمکعب بر ساعت
D: پرتاب یا دریفت آب برحسب مترمکعب بر ساعت
B: زیرآب برحسب مترمکعب بر ساعت
عوامل موثر در محاسبه آب جبرانی کولینگ تاور
تبخیر آب در برج خنککننده
همانطور که در مطالب فوق اشاره کردیم، تبخیر آب برج خنککننده تابع عواملی از جمله میزان دبی آب در گردش، دما ورودی و خروجی و دما مرطوب محیط میباشد. تبخیر آب حدود 1 درصد دبی در گردش است. برای محاسبه تبخیر برج خنککننده از رابطه زیر کمک میگیریم:
E=0.00085*R*1.8*C
همچنین مقدار آب تبخیر شده را میتوان با استفاده از بالانس حرارتی در برج خنککننده محاسبه کرد. مقدار حرارت از دسترفته از آب در این دستگاه طبق فرمول زیر بدست میآید.
E=C × R × Cp/Hv
Cp (گرما مخصوص آب) کیلوژول/کیلوگرم 4.184 =
Hv (گرما غیرمحسوس تبخیر) کیلوژول/کیلوگرم 2260 =
دریفت در برج خنککننده
در طی فعالیت برج خنککننده بهدلیل چرخش فن و حرکت هوا، مقداری از قطرات ریز و سبک آب همراه با هوا از داخل برج به بیرون پرتاب میشوند. بههمین دلیل برای جلوگیری از پرتاب قطرات از قطرهگیر در کولینگ تاور استفاده شده است. همچنین وزش باد محیطی از نواحی مختلف برج نیز باعث شده تا مقداری از قطرات آب به بیرون پرتاب شوند.
این قطرات پرتاب شده را پرتاب آب یا دریفت مینامند. مقدار دریفت در برج خنککننده به کیفیت و طراحی ساخت دستگاه وابسته است و هرچقدر مقدار این پرتاب کمتر باشد دستگاه از کیفیت بالاتری برخوردار است. دریفت آب کمترین تاثیر را در محاسبه آب جبرانی برج خنککننده دارد و تقریبا برابر 0.01 درصد دبی آب در گردش میباشد.
بلودان برج خنککننده
بهدلیل تبخیر مداوم آب درگردش در برج خنککننده، غلظت املاح و رسوبات موجود در آب هرلحظه افزایش مییابد که در این صورت از میزان راندمان برج کاسته خواهد شد. برای این منظور باید هر از چند گاهی مقداری از آب سیستم را خارج کرد. این پارامتر در محاسبه آب جبرانی برجهای خنککننده مقداری برابر 0.5 درصد دبی کل در گردش میباشد.
سخن پایانی
در بسیاری از مواقع بهدلیل عدم توجه به عوامل و پارامترهای موجود، مقدار دقیق و واقعی آب تبخیر شده با محاسبات تئوری همخوانی ندارد. بنابراین بهترین راه جهت محاسبه میزان تبخیر آب در کولینگ تاور کمک گرفتن از شرکتهای معتبر فعال در این زمینه است. شرکت دماگستر یکی از پیشگامان در زمینه انجام محاسبات مربوط به سیالات و یا طراحی برجهای خنککننده بوده که آماده خدمترسانی به شما عزیزان میباشد.
